安紅霞

（安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣系實(shí)踐教研室，安徽 合肥 230051）

1 引言

近年來，電力電子技術(shù)的快速發(fā)展以及非線性設(shè)備在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致一系列的電網(wǎng)運(yùn)行難題：如高次諧波增多，系統(tǒng)電壓、電流波形畸變，電能質(zhì)量低等.目前抑制或消除電網(wǎng)諧波的一種有效途徑是采用有源電力濾波器，它能動(dòng)態(tài)地抑制諧波，并進(jìn)行無功補(bǔ)償.因此，研究有源電力濾波器的控制策略具有重要意義.必須針對(duì)電力系統(tǒng)中的諧波采取有效的抑制方法，放能保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，以及入網(wǎng)設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn).

2 有源電力濾波器的諧波電流檢測(cè)方法

諧波檢測(cè)是有源濾波控制系統(tǒng)的核心部分之一，這一環(huán)節(jié)通過對(duì)采集得到的系統(tǒng)電壓、電流信息的運(yùn)算，負(fù)荷電流中提取諧波分量.依據(jù)不同的情況，要檢測(cè)基波無功分量、電流中的正序、負(fù)序以及零序分量等.因此要在瞬間準(zhǔn)確的測(cè)量出系統(tǒng)的諧波電流，這是提高有源電力濾波器性能的關(guān)鍵之一.有源電力濾波器中對(duì)諧波的檢測(cè)方法常見有.

（1）提取基波分量檢測(cè)法.這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低.缺點(diǎn)是容易受到外界環(huán)境的影響.

（2）基于頻域分析的快速傅氏變換(FFT)檢測(cè)法.這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，選擇性強(qiáng)，缺點(diǎn)是計(jì)算量很大，延時(shí)長(zhǎng)，且有時(shí)精確度不高.

（3）基于三相瞬時(shí)無功功率理論的檢測(cè)法.

這種方法全部采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，且操作簡(jiǎn)單.缺點(diǎn)是由于使用大量模擬乘法器，計(jì)算量相對(duì)較大，調(diào)整困難，參數(shù)依賴性很大，很難保證設(shè)計(jì)的計(jì)算精度.

4.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制檢測(cè)法.

該方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小，檢測(cè)精度高，實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng).缺點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)比較困難，需要大量訓(xùn)練樣本.

3 有源電力濾波器的控制策略研究

3.1 三角載波線性控制方法

三角波與正弦波調(diào)制(SPWM)的控制方法在逆變器的控制中得到了廣泛應(yīng)用，而作為有源電力濾波器主電路的四象限變流器，其結(jié)構(gòu)與逆變器相同，因此這種三角波脈寬調(diào)制的控制方法在有源電力濾波器中得到了應(yīng)用.在電壓型逆變器的應(yīng)用中，逆變器作為一個(gè)可控的電壓源，它的控制指令一般是正弦的基波電壓，或者按諧波消除規(guī)則生成的基波與諧波電壓的組合.而有源電力濾波器的基本工作原理是利用可控的電流源向負(fù)荷提供諧波電流，所以有源電力濾波器的指令電流ic必須先轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的指令電壓uc，作為SPWM的調(diào)制波.

設(shè)i*cx為有源電力濾波器x(x=a、b或c)相的輸出指令電流，icx為其x(x=a、b或c)相的實(shí)際輸出電流，在傳統(tǒng)的有源電力濾波器SPWM電流控制方法中，取ucx(x=a、b或c)正比于(i*cx-icx)作為變流器的輸出指令電壓，即ucx=K(i*cx-icx)

三角載波線性波控制具有如下特點(diǎn)：

（1）硬件系統(tǒng)復(fù)雜；（2）電流響應(yīng)滯后于環(huán)比較控制.（3）跟隨誤差較大；（4）放大器增益有定額；（5）含三角載波分量的諧波；（6）元件的開關(guān)頻率與三角載波的頻率相同，且無法調(diào)整.

3.2 滯環(huán)比較控制方法

在有源電力濾波器中，滯環(huán)比較控制方法可獲得較好的控制性能，它兼有響應(yīng)迅速，開關(guān)頻率不太高和簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，所以被廣泛使用.但是，其開關(guān)頻率、損耗和控制精度受滯環(huán)寬度的影響:滯環(huán)寬度越小，控制精度就越高，但是開關(guān)頻率和損耗也會(huì)增加.因此，如何充分利用給定的電流滯環(huán)寬度，在提高控制精度的同時(shí)，降低開關(guān)頻率成為優(yōu)化滯環(huán)比較電流控制方法的核心問題.

在a、b、c三相坐標(biāo)系中，設(shè)APF的三相指令電流分別為 i*ca、i*cb和 i*cc，APF的三相輸出電流分別為 ica、icb和 icc，它們的差值分別為△ica、△icb和△icc.滯環(huán)比較電流控制的規(guī)則是:當(dāng)△icx>ε時(shí) (x=a、b或c)，x相的滯環(huán)比較器輸出Sx=1(x=a、b或 c)；當(dāng) △icx<-ε 時(shí)，x相的滯環(huán)比較器輸出 Sx=0；當(dāng)-ε<△icx<ε時(shí)，x相的滯環(huán)比較器輸出Sx保持不變.

3.3 兩種控制方法的比較

相對(duì)于三角載波線性控制來說，滯環(huán)比較控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快、損耗較小.但頻率、響應(yīng)及精度會(huì)受滯環(huán)帶寬影響.三角載波線性控制法的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，開關(guān)頻率固定，缺點(diǎn)是輸出波形中含有與三角載波相同頻率的高頻畸變分量，開關(guān)損耗較大，在大功率應(yīng)用中受到限制.

因此可以得出結(jié)論，若在頻率相同的情況下，滯環(huán)比較法更優(yōu)，而頻率比較低時(shí)三角載波線性控制法更好.如在3kHz時(shí)三角波法會(huì)有很嚴(yán)重的失真，而滯環(huán)比較法基本不失真.當(dāng)在300KHz這種開關(guān)頻率比較高的情況下，區(qū)別己經(jīng)不明顯了.

4 有源電力濾波器的MATLAB仿真

4.1 有源電力濾波器諧波檢測(cè)部分的仿真

有源電力濾波器諧波檢測(cè)部分的仿真系統(tǒng)主要包括：電源、諧波電流檢測(cè)電路和負(fù)載.本文采用單相電路，電源采用正弦電壓發(fā)生器，模擬民用電壓，峰值380V，頻率50HZ.諧波電流檢測(cè)電路采用ip-iq檢測(cè)法.負(fù)載采用整流電路以產(chǎn)生諧波電流.

其中，負(fù)載電流由In輸入，經(jīng)過變換后，再經(jīng)過低通濾波器濾波得出基波，基波和負(fù)載電流的差值即為諧波電流.Analog Filiter1和Analog Filiter2是兩個(gè)低通濾波器，為巴特沃斯低通濾波器，由于系統(tǒng)基波頻率為50HZ，故將濾波器截止頻率選為5HZ.圖中Scope3顯示基波電流，Scope4顯示諧波電流.

4.2 有源電力濾波器滯環(huán)比較控制方法的仿真

ystem1為上文中的諧波檢測(cè)模塊，system2為滯環(huán)控制比較模塊.通過滯環(huán)控制比較模塊，輸出控制IGBT通斷的PWM出發(fā)信號(hào)，再產(chǎn)生基于檢測(cè)出的諧波的補(bǔ)償電流，將其注入電網(wǎng)以消除諧波，使電網(wǎng)電流趨于標(biāo)準(zhǔn)正弦.

5 結(jié)論與展望

在有源電力濾波器的諧波電流檢測(cè)部分中，比較了多種目前應(yīng)用的檢測(cè)算法，并就現(xiàn)在廣泛采用的基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹研究.在瞬時(shí)無功功率理論的基礎(chǔ)上，目前有p-q檢測(cè)法和ip-iq檢測(cè)法，本文在的MATLAB中，對(duì)ip-iq檢測(cè)法進(jìn)行了仿真，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為理想.在控制策略部分中，首先介紹了幾種控制方法，并進(jìn)行了比較.作為現(xiàn)在普遍采用的控制策略，本文對(duì)三角載波線性控制方法和滯環(huán)比較控制方法的原理進(jìn)行了分析研究，并在MATLAB中對(duì)這兩種方法進(jìn)行了仿真.從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，三角載波線性控制方法響應(yīng)時(shí)間較慢，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度不高，而滯環(huán)比較方法響應(yīng)時(shí)間較快，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較高，但在搭建模型時(shí)，滯環(huán)寬度設(shè)置較為困難.由于本人能力有限以及時(shí)間限制，尚有許多工作需要開展.進(jìn)一步的工作包括：

（1）對(duì)并聯(lián)型有源電力濾波器做進(jìn)一步的研究，在檢測(cè)部分考慮采用dq0檢測(cè)法，可以適應(yīng)更普遍的電網(wǎng)系統(tǒng)；在控制部分，如何將現(xiàn)在比較先進(jìn)的控制策略，如自適應(yīng)控制方法等，與實(shí)際裝置結(jié)合使用是一個(gè)新的課題.

（2）在已有理論和模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究有源電力濾波器的可靠性問題以及其附屬裝置的研究.

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