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1、第19卷第4期河海大学常州分校学报Vo1.19No.42005年12月JOURNALOFHOHAIUNIVERSITYCHANGZHOUDec.2005文章编号:1009-1130(2005)04-0027-03有源电力滤波器直流侧电容电压的稳定控制梅红伟121,钟奇,张金波(1.河海大学计算机及信息工程学院,江苏常州213022;2.江苏广播电视大学武进学院,江苏常州213161)摘要:电压源型有源电力滤波器直流侧电容电压的稳定程度对补偿性能有直接的影响.研究了有源电力滤波器、电源、非线性负载三
2、者之间的能量交换机理,分析了变流器直流侧电容电压的稳定问题,并提出了用PI控制器维持直流侧电容电压稳定的方法.仿真结果验证了该方法的可行性.关键词:有源电力滤波器;直流侧电容;PI控制中图分类号:TM714.2文献标识码:A有源电力滤波器(APF)是颇受关注的用于谐波及无功功率补偿的装置.APF的补偿性能取决于主电路的拓扑结构和控制方式.目前APF主电路结构已经比较成熟,且大多采用PWM变流器作为APF的主电路,因此有源电力滤波器的性能依赖于所采用的控制方法[1-5].在整个控制策略中,直流侧电容
3、电压的稳定控制是十分重要的环节[6].本文作者研究了有源电力滤波器、电源、非线性负载三者之间能量交换的机理,在此基础上提出了直流侧电容电压稳定的控制方法,并用计算机仿真验证了该方法的可行性.1直流侧电容电压的控制原理有源电力滤波器的作用是使电源侧电流与电源电压同相并保持或接近正弦波形.在稳态情况下,对于一个无损耗的有源电力滤波系统,电源提供的功率必须等于负载消耗的功率,因此,变流器直流电容的平均电压将保持为一定值.当功率不平衡时,如负载发生变化,变流器的直流电容将提供电源与负载间的功率差,这将导致
4、直流电容的平均电压发生变化.如果系统电源提供的功率低于负载需要的功率,那么直流电容的平均电压将降低,此时就需要提高系统电流的幅值以增加系统电源提供的有功功率;反之,直流电容的平均电压将升高,此时,需要减小系统电流的幅值以降低系统提供的功率.直流侧电容的平均电压的变化能够反映出主电路与负载间功率的转换情况.因此,期望的电源侧电流幅值可以通过调整直流侧电容电压获得.如图1所示,若电网中电源传输的瞬时有功功率为Ps,负载侧传输的瞬时有功功率为Pl,有源电力滤波图1电压源型有源电力滤波器Fig.1Volt
5、agesourceactivepowerfilter器传输的瞬时有功功率为Pf,则在电源、负载和有源电力滤波器的公共交点处,电网中瞬时能量的传输关系应满足:收稿日期:2005-06-01作者简介:梅红伟(1979-),男,江苏常州人,助教,主要从事电力电子技术及其在电力系统中应用方面的研究..28河海大学常州分校学报2005年12月Ps=Pl-Pf(1)因此,它们的平均值Ps、Pl和Pf之间应满足同样的关系,即:Ps=Pl-Pf(2)如果忽略有源电力滤波器本身的损耗,则根据瞬时能量守恒,可得如下关
6、系:Pf=C·UdcdUdc(3)dt式中,C为直流侧电容,Udc为直流侧电容电压.由式(3)可计算出有源电力滤波器传输的瞬时有功功率的平均值Pf,即T1122Pf=!Pfdt=C[Udc(T)-Udc(0)]T02T!!!!=C·!Udc2(4)2T式中,T代表一个开关周期,U2是t=T与t=0dc(0)、Udc(T)分别是t=0和t=T时的直流侧电容电压,!Udc时的直流侧电容电压的平方差.综合式(2)和式(4),有C2Pf=·!Udc=Pl-Ps(5)2T又因为电源侧的平均功率为:1Ps=U
7、sIs(6)2式中,U分别是系统电源侧电压、电流的幅值.因此,综合式(5)和式(6),得到I和!U2的关系式:s、Issdc2C2Is=[Pl-·!Udc](7)Us2TUT2P"!U2=s[l-I](8)dcsCUs式(8)表明,如果Is不等于2Pl/Us,则直流侧电容电压将会有波动;式(7)指出,Is可以由直流侧电容电压Udc的变化量!Udc确定.为使有源电力滤波器正常工作,达到预期的补偿效果,直流侧必须有足够高的电容电压Udc并保持稳定,以保证在动态补偿的任何瞬间都能根据控制要求输出所需的补
8、偿电流;但由于补偿电流的时变性和变流器的自身损耗,如不采取适当的控制措施,直流侧电容电压Udc将发生衰减或很大的波动,造成变流器不能正常运行.根据式(7)和式(8),可采用PI控制器将直流侧电容电压维持在要求的水平,具体做法是将电容电压Udc与设定的电压参考值Uref进行比较,并将比较结果送入PI控制器,PI控制器的输出就是电源侧电流期望的幅值Is,也即负载侧电流基波有功分量的幅值.2仿真结果采用PI控制器进行电压控制仿真实验,实验时三相整流桥直流侧接阻感性负载,在0.03s和0.
