單相有源電力濾波器的控制策略研究

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1、上海電力2014年第4期當(dāng)要求有源電力濾波器在補償諧波的同時，補償負載的無功功率，則只要在補償電流的指令信號中增加負載電流的基波無功分量成分即可。如此，補償電流與負載電流中的諧波及無功成分相抵消，電源電流等于負載電流的基波有功分量。上述原理在之前公式的基礎(chǔ)下，可以歸納描述為以下公式：圖3ip、iq運算方式的原理圖is+c—iI．(5)電路得到。根據(jù)定義可以計算出i。、i，經(jīng)LPF濾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產(chǎn)生的，因此由i。、i。即可計

2、算出iaf、ibf、is—i1J—ic==：ilf(8)if，進而計算出iibh、ih。式(6)中：iLfD、iLf口和iLh分別為負載電流的基波有功分量、當(dāng)要檢測諧波和無功電流之和時，只需斷開基波無功分量和諧波分量。上圖3中計算i。的通道即可。而如果只需檢測主電路采用PWM變流器如圖2所示。當(dāng)其無功電流，則只要對i。進行反變換即可。產(chǎn)生補償電流時，主要作為逆變器工作；當(dāng)在電網(wǎng)2．1．2單相電路諧波和無功電流實時檢測向有源電力濾波器直流側(cè)儲能元件(電容)充電時，1996年提出了以瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)它作為整流器工作，轉(zhuǎn)換于逆變狀態(tài)

3、和整流狀態(tài)。的單相電路諧波和無功電流檢測方法，解決了當(dāng)時三相電路瞬時無功功率理論只能應(yīng)用于三相電路而無法應(yīng)用于單相電路的缺憾。在對稱的三相三線制電路中，各相的電壓、電流波形均分別對應(yīng)相同，相位分別對應(yīng)各相差120。。根據(jù)單相電路的電壓、電流構(gòu)造一個類似的三相系統(tǒng)，即可使用三相電路瞬時無功功率理論。圖2單相橋式電壓型PWM變流器2．2電流跟蹤控制電流跟蹤控制電路是補償電流發(fā)生電路中的2有源電力濾波器的諧波檢測和跟蹤控制第一個環(huán)節(jié)，其作用是根據(jù)補償電流的指令信號2．1諧波檢測方法和實際補償電流之間的相互關(guān)系，得出控制補償對于APF而言，

4、實時準(zhǔn)確地檢測出諧波電流電流發(fā)生電路中主電路各個器件通斷的PWM信是非常關(guān)鍵的，它的快速性、準(zhǔn)確性、靈活性以及號，控制的結(jié)果應(yīng)保證補償電流跟蹤其指令信號可靠性直接決定APF的補償性能。為了能快速的變化，因此電流控制采用跟蹤型PWM控制方檢測諧波電流，采取最常用的是瞬時無功理論檢式。本次研究采用其中的瞬時值比較方式進行。測法。日本學(xué)者赤木泰文于1983年提出三相電采用滯環(huán)比較器的瞬時值比較方式的原理圖如圖路瞬時無功功率理論，后經(jīng)不斷改進，本次研究使4所示。滯環(huán)比較器用其中的i一i法。設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時值分別為———_．ee

5、、e。和i、ib、i，由計算得出：Crsin一cosoA]—IlL-cosoA——smoAJ圖4采用滯環(huán)比較器的瞬時值比較方式i、i運算方式原理如圖3所示。把指令信號與實際的補償電流信號；進該方法中，需用到與a相電網(wǎng)電壓e同相位行比較，兩者的偏差△作為滯環(huán)比較器的輸入，的正弦信號sinmt和對應(yīng)的余弦信號一coscot，它通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路中開關(guān)通斷的們由一個鎖相環(huán)(PLL)和一個正、余弦信號發(fā)生PWM信號，該PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路來控制開一】O一2014年第4期上海電力關(guān)的通斷，從而控制補償電流i的變化。loo此控制方式的

6、特點是滯環(huán)的寬度H對補償§o電流的跟隨性能有較大影響。當(dāng)H較大時，IG—．100BT的開關(guān)頻率較低，但是跟隨誤差較大，補償電5流中高次諧波較大。反之，當(dāng)H較小時，雖然跟0隨誤差小，但是開關(guān)頻率較高。．553有源電力濾波器的直流側(cè)電壓控制0：：：：補償電流發(fā)生電路由電壓型PWM變流器及．5其相應(yīng)的驅(qū)動電路、電流跟蹤控制電路組成，為保證其有良好的補償電流跟隨性能，必須將變流器直流側(cè)電容的電壓控制為一個適當(dāng)?shù)闹??！瘓D6未補償?shù)姆抡娌ㄐ螆D本次研究添加PI控制器，使有源電力濾波器未補償?shù)闹麟娐纷兞髌髦绷鱾?cè)電容電壓u直流側(cè)和交流側(cè)之間進行能量交

7、換并使之達到平不穩(wěn)定，如圖7所示。衡，以實現(xiàn)對直流側(cè)電壓的控制。3OO。＼～如圖5指令電流運算電路中的虛線框，U是299、’～、～的給定值，【，。t是U的反饋值，兩者之差經(jīng)PI、～言299、、～、～調(diào)節(jié)器后得到調(diào)節(jié)信號△。，它疊加到瞬時有功299電流的直流分量i上，經(jīng)運算在指令信號中299O包含一定的基波有功電流，補償電流發(fā)生電路根據(jù)產(chǎn)生補償電流i注入電網(wǎng)，使得有源電力圖7未穩(wěn)定的變流器直流側(cè)電容電壓U的仿真波形圖濾波器的補償電流中包含一定的基波有功電流分4．1完整仿真量，從而使有源電力濾波器直流側(cè)與交流側(cè)交換有源電力濾波器仿真圖如

8、圖8所示。本次仿能量，將U調(diào)節(jié)至給定值。真選取既濾除諧波又補償無功功率的電路。指令??一—I電流運算電路仿真圖、電流跟蹤控制電路與驅(qū)動電路仿真圖、直流側(cè)電壓控制仿真圖分別如圖9、圖1O、圖1l所示。fch．jcc·圖5包括直流側(cè)電壓控