郭麗娜

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 454000)

1 引言

隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越傾向于使用有源電力濾波器(Active Power Filter，APF)來(lái)抑制諧波，而影響APF補(bǔ)償效果的是電流控制策略的選擇。

目前用于APF電流控制的較常用的方法是滯環(huán)電流控制。它的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但也存在使開關(guān)頻率變化較大，易引起脈沖電流和開關(guān)噪聲等缺點(diǎn)?？臻g電壓矢量控制具有較高的直流電壓利用率和控制精度。為解決既能保持恒定的開關(guān)頻率，有較高的直流電壓利用率，又能同時(shí)提高APF性能和效率，本文中將滯環(huán)電流控制和空間電壓矢量控制結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于APF的電流控制中，在取得快速電流響應(yīng)的同時(shí)，降低了開關(guān)頻率，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2 并聯(lián)混合型有源電力濾波器

有源電力濾波器構(gòu)成如圖1所示，其工作原理是:檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流，經(jīng)指令電流運(yùn)算電路計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無(wú)功等電流抵消，最終得到期望的電源電流。

圖1 并聯(lián)混合型有源電力濾波器的構(gòu)成

3 電流指令的生成

準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)出諧波的電壓或電流信號(hào)是APF進(jìn)行精確補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。本文采用的是實(shí)時(shí)性好、計(jì)算量小、精度高且易于實(shí)現(xiàn)的基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip－iq法，其原理圖如圖2所示。

圖2 ip－iq運(yùn)算方式原理圖

圖2中ia、ib、ic為負(fù)載三相電流值，根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論計(jì)算，可得到瞬時(shí)有功電流分量ip和瞬時(shí)無(wú)功電流分量iq。

式中

最后用三相負(fù)載電流減去三相基波電流即得到三相諧波電流iah、ibh、ich。

4 基于滯環(huán)的SVPWM電流控制

4.1 控制原理

在有源電力濾波器系統(tǒng)中，APF的主電路采用的是電壓型PWM整流器，如圖3所示。

圖3 三橋臂電壓型整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在三相無(wú)中線電壓型PWM整流器(VSR)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，如忽略VSR交流側(cè)電阻，可得VSR電壓矢量方程為:

式中，V為三相VSR交流側(cè)輸出電壓矢量;E為三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量;I為三相VSR交流側(cè)電流矢量。

若指令電流矢量為I*，則實(shí)際的誤差電流矢量為

將式(4)代入式(3)，化簡(jiǎn)得

若要獲得零誤差電流響應(yīng)，則三相VSR輸出參考電壓矢量V*應(yīng)滿足

然而，對(duì)于三相VSR，共有8條空間電壓矢量Vk(k=0，…，7)可以選擇。顯然，式(5)可變?yōu)?/p>

將式(6)代入(7)，得

式(8)說(shuō)明，對(duì)于給定的具有零誤差電流響應(yīng)的參考電壓矢量V*，可以選擇合適的三相VSR空間電壓矢量Vk(k=0，…，7)，以控制誤差電流矢量的變化率dΔI/dt，從而控制誤差電流矢量ΔI。

4.2 電壓矢量所在扇區(qū)判斷

圖4 波形及V*區(qū)域檢測(cè)及判斷

式(9)結(jié)合圖4(a)，可獲得V*區(qū)域判別的邏輯運(yùn)算關(guān)系如式(11)所示。

式中，RV*(1)～RV*(6)為V*區(qū)域Ⅰ～Ⅵ邏輯變量。

若V*位于i區(qū)域時(shí)，RV*(i)=1，否則RV*(i)=0，其中i∈［1 －6］。

5 仿真

采用了Matlab下的Simulink仿真模塊、電力系統(tǒng)simpowersystem工具箱，以及DSP工具箱來(lái)建立有源電力濾波器的模塊。仿真時(shí)假設(shè)非線性負(fù)載是三相橋式全控整流器，電網(wǎng)電壓是220V，工頻是50Hz。仿真結(jié)果如圖5、圖6所示，仿真結(jié)果表明，該控制策略能夠使APF具有很好的跟蹤和補(bǔ)償效果。

圖5 未投入濾波器前A相負(fù)載電流波形

圖6 投入濾波器后網(wǎng)側(cè)電流波形及其頻譜

6 結(jié)論

將滯環(huán)電流控制和空間電壓矢量控制結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于APF的電流控制中，通過(guò)整流器空間電壓矢量的實(shí)時(shí)切換，使電流誤差被限制在一個(gè)給定滯環(huán)內(nèi)，從而獲得電流的精確控制。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該控制策略的正確性和可行性。

［1］王兆安，楊君，劉進(jìn)軍.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償［M］.機(jī)械工業(yè)出版社.

［2］張崇巍，張興.PWM整流器及其控制［M］.機(jī)械工業(yè)出版社.

［3］史麗萍，王正達(dá).APF空間矢量預(yù)測(cè)電流控制策略研究［J］.中國(guó)儀器儀表，2010.1.

［4］薛文平，劉國(guó)海.一種基于改進(jìn)型ip－iq方法的有源濾波器［J］.電氣傳動(dòng)，2006，2(36):38 －41.

［5］王偉，周林.有源電力濾波器控制方法綜述［J］.繼電器，2006，30(34).