单相有源电力滤波器的控制策略研究

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1、上海电力2014年第4期当要求有源电力滤波器在补偿谐波的同时，补偿负载的无功功率，则只要在补偿电流的指令信号中增加负载电流的基波无功分量成分即可。如此，补偿电流与负载电流中的谐波及无功成分相抵消，电源电流等于负载电流的基波有功分量。上述原理在之前公式的基础下，可以归纳描述为以下公式：图3ip、iq运算方式的原理图is+c—iI．(5)电路得到。根据定义可以计算出i。、i，经LPF滤I，一iIfp+il，fq+iIh(6)波得出i、i的直流分量i、。此刻，、是由ic—iLh+iI．fq(7)iaf、f、f产生的，因此由i。、i。即可计

2、算出iaf、ibf、is—i1J—ic==：ilf(8)if，进而计算出iibh、ih。式(6)中：iLfD、iLf口和iLh分别为负载电流的基波有功分量、当要检测谐波和无功电流之和时，只需断开基波无功分量和谐波分量。上图3中计算i。的通道即可。而如果只需检测主电路采用PWM变流器如图2所示。当其无功电流，则只要对i。进行反变换即可。产生补偿电流时，主要作为逆变器工作；当在电网2．1．2单相电路谐波和无功电流实时检测向有源电力滤波器直流侧储能元件(电容)充电时，1996年提出了以瞬时无功功率理论为基础它作为整流器工作，转换于逆变状态

3、和整流状态。的单相电路谐波和无功电流检测方法，解决了当时三相电路瞬时无功功率理论只能应用于三相电路而无法应用于单相电路的缺憾。在对称的三相三线制电路中，各相的电压、电流波形均分别对应相同，相位分别对应各相差120。。根据单相电路的电压、电流构造一个类似的三相系统，即可使用三相电路瞬时无功功率理论。图2单相桥式电压型PWM变流器2．2电流跟踪控制电流跟踪控制电路是补偿电流发生电路中的2有源电力滤波器的谐波检测和跟踪控制第一个环节，其作用是根据补偿电流的指令信号2．1谐波检测方法和实际补偿电流之间的相互关系，得出控制补偿对于APF而言，

4、实时准确地检测出谐波电流电流发生电路中主电路各个器件通断的PWM信是非常关键的，它的快速性、准确性、灵活性以及号，控制的结果应保证补偿电流跟踪其指令信号可靠性直接决定APF的补偿性能。为了能快速的变化，因此电流控制采用跟踪型PWM控制方检测谐波电流，采取最常用的是瞬时无功理论检式。本次研究采用其中的瞬时值比较方式进行。测法。日本学者赤木泰文于1983年提出三相电采用滞环比较器的瞬时值比较方式的原理图如图路瞬时无功功率理论，后经不断改进，本次研究使4所示。滞环比较器用其中的i一i法。设三相电路各相电压和电流的瞬时值分别为———_．ee

5、、e。和i、ib、i，由计算得出：Crsin一cosoA]—IlL-cosoA——smoAJ图4采用滞环比较器的瞬时值比较方式i、i运算方式原理如图3所示。把指令信号与实际的补偿电流信号；进该方法中，需用到与a相电网电压e同相位行比较，两者的偏差△作为滞环比较器的输入，的正弦信号sinmt和对应的余弦信号一coscot，它通过滞环比较器产生控制主电路中开关通断的们由一个锁相环(PLL)和一个正、余弦信号发生PWM信号，该PWM信号经驱动电路来控制开一】O一2014年第4期上海电力关的通断，从而控制补偿电流i的变化。loo此控制方式的

6、特点是滞环的宽度H对补偿§o电流的跟随性能有较大影响。当H较大时，IG—．100BT的开关频率较低，但是跟随误差较大，补偿电5流中高次谐波较大。反之，当H较小时，虽然跟0随误差小，但是开关频率较高。．553有源电力滤波器的直流侧电压控制0：：：：补偿电流发生电路由电压型PWM变流器及．5其相应的驱动电路、电流跟踪控制电路组成，为保证其有良好的补偿电流跟随性能，必须将变流器直流侧电容的电压控制为一个适当的值。’图6未补偿的仿真波形图本次研究添加PI控制器，使有源电力滤波器未补偿的主电路变流器直流侧电容电压u直流侧和交流侧之间进行能量交

7、换并使之达到平不稳定，如图7所示。衡，以实现对直流侧电压的控制。3OO。＼～如图5指令电流运算电路中的虚线框，U是299、’～、～的给定值，【，。t是U的反馈值，两者之差经PI、～言299、、～、～调节器后得到调节信号△。，它叠加到瞬时有功299电流的直流分量i上，经运算在指令信号中299O包含一定的基波有功电流，补偿电流发生电路根据产生补偿电流i注入电网，使得有源电力图7未稳定的变流器直流侧电容电压U的仿真波形图滤波器的补偿电流中包含一定的基波有功电流分4．1完整仿真量，从而使有源电力滤波器直流侧与交流侧交换有源电力滤波器仿真图如

8、图8所示。本次仿能量，将U调节至给定值。真选取既滤除谐波又补偿无功功率的电路。指令⋯⋯一—I电流运算电路仿真图、电流跟踪控制电路与驱动电路仿真图、直流侧电压控制仿真图分别如图9、图1O、图1l所示。fch．jcc·图5包括直流侧电压控