吳彬 鄧曉紅

【摘要】 有源電力濾波器（Active Power Filter，縮寫(xiě)為APF）是近年來(lái)治理電力系統(tǒng)諧波污染非常有效的裝置。闡述了有源電力濾波器的基本原理，分析了并聯(lián)型三相三線(xiàn)制APF結(jié)構(gòu)，對(duì)APF系統(tǒng)的諧波檢測(cè)和PWM控制方法進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了APF的有效性。

【關(guān)鍵詞】 有源電力濾波器 電流檢測(cè) PWM控制

一、介紹

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重，電能質(zhì)量嚴(yán)重下降。由于電力電子裝置的功率因數(shù)很低，無(wú)功功率增大，造成設(shè)備容量增加、設(shè)備及線(xiàn)損增大，而諧波可降低設(shè)備壽命、對(duì)設(shè)備的工作造成嚴(yán)重的干擾、在電網(wǎng)中引起局部的諧振，造成繼電器保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作等[1]。進(jìn)而也大大降低了電網(wǎng)的效率。有源電力濾波器因具有良好的諧波補(bǔ)償效果而越來(lái)越受到人們的重視。APF與傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器相比，具有響應(yīng)速度快、能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)。其基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等、極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流不含諧波分量[2]。本文將首先建立有源濾波器的等效模型，重點(diǎn)介紹諧波電流提取和PWM脈沖產(chǎn)生的過(guò)程并以此為基礎(chǔ)建立MATLAB仿真，驗(yàn)證試驗(yàn)效果。

二、有源濾波器的結(jié)構(gòu)和等效模型

本文主要針對(duì)并聯(lián)型有源濾波器， 其單相等效電路圖可表示如下：

其中，il=is+ic，Zs為電源內(nèi)部等效阻抗，有源濾波器等效為一個(gè)諧波電流源。如從控制系統(tǒng)的角度講，APF又可以大致分為諧波檢測(cè)模塊，PWM控制模塊以及主逆變器模塊。 諧波電流檢測(cè)模塊用來(lái)檢主電路測(cè)瞬時(shí)無(wú)功電流和諧波電流并提取諧波電流，將其檢測(cè)信號(hào)作為有源濾波器的控制信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)PWM控制模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖去驅(qū)動(dòng)主逆變器，當(dāng)主回路有諧波電流時(shí)，主逆變器產(chǎn)生和諧波電流大小相等，方向相反的補(bǔ)償電流，從而抵消諧波電流。因此從本質(zhì)上說(shuō)，傳統(tǒng)的濾波技術(shù)都是防范性的，被動(dòng)性的，有什么干擾源盡量去濾除干擾，而有源濾波技術(shù)則是主動(dòng)性的，針對(duì)各種干擾信號(hào)，設(shè)法產(chǎn)生與之相反的信號(hào)，達(dá)到恢復(fù)信號(hào)本來(lái)面目的目的，這正是有源濾波器技術(shù)優(yōu)越性的體現(xiàn)。本文仿真的電流檢測(cè)部分使用ip-iq法，而PWM控制模塊使用三角載波控制方法，因此下面將重點(diǎn)介紹三角載波控制方法的原理。

三、有源電力濾波器的模塊設(shè)計(jì)

3.1 三角載波控制原理及脈沖發(fā)生模塊設(shè)計(jì)

有源濾波器輸出的補(bǔ)償電流與參考電流的誤差經(jīng)過(guò)比例積分處理后與三角載波進(jìn)行比較，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM脈沖。比例積分的系數(shù)kp與ki決定了三角載波控制方法的暫態(tài)與相應(yīng)穩(wěn)態(tài)誤差[5]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定比例積分系數(shù)的公式如下：

K■■=■ （1）

k■■=w■k■■ （2）

其中，L+L0為有源濾波器逆變側(cè)往系統(tǒng)側(cè)看到的等效電感，w■為三角載波的頻率，而三角載波的峰值為1V，U■為逆變器直流側(cè)電壓。

3.2 系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計(jì)

利用設(shè)計(jì)好的各個(gè)模塊及MATLAB其他功能模塊，選擇典型的三相三線(xiàn)制接線(xiàn)方法，建立系統(tǒng)總體仿真圖如圖2所示，APF主電路和負(fù)載并聯(lián)接入電網(wǎng)。其中subsystem為ip-iq檢測(cè)法的封裝，而subsystem1為三角載波控制的封裝。

四、仿真結(jié)果

相負(fù)載電流如圖3，補(bǔ)償后的電流波形如圖4所示。

五、結(jié)論

通過(guò)對(duì)有源濾波器仿真模型的建立，對(duì)網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行了補(bǔ)償，綜合結(jié)果，達(dá)到了較好的效果。值得注意的是，對(duì)于ip-iq檢測(cè)方法，由于沒(méi)有使用含有諧波成分的三相電壓ea，eb，ec參與計(jì)算，而是引用sinwt，-coswt進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，檢測(cè)結(jié)果不會(huì)受到電壓的影響，實(shí)際APF的研制中，可以此作借鑒。