并联有源电力滤波器三角载波与滞环比较控制策略的综合比较与仿真分析

本文阐述了有源电力滤波器的工作原理,针对并联有源电力滤波器的特点,着重分析了单相有源电力滤波器的工作过程,在基于瞬时无功理论谐波电流检测的基础上,比较了三角载波与滞环比较控制策略的工作原理及优缺点,并进行了仿真,仿真过程与结果有效地为电流控制提供了参考和依据。

并联有源电力滤波器三角载波与滞环比较控制策略

的综合比较与仿真分析

徐会亮，孟婧，吴红春

重庆大学电气工程学院高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆（400030）

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摘 要：本文阐述了有源电力滤波器的工作原理,针对并联有源电力滤波器的特点,着重分析了单相有源电力滤波器的工作过程,在基于瞬时无功理论谐波电流检测的基础上,比较了三角载波与滞环比较控制策略的工作原理及优缺点,并进行了仿真,仿真过程与结果有效地为电流控制提供了参考和依据。

关键词：有源电力滤波器，瞬时无功，控制策略，三角载波，滞环比较

1 引言

近年来，由电网非线性负荷引起的谐波问题日益受到重视，而有源电力滤波器与传统的无源滤波器相比，具有可以同时实现谐波和无功实现动态补偿，响应快；受电网阻抗影响小，不容易与电网阻抗发生谐振；跟踪电网频率变化，补偿性能不受电网频率变化的影响等优点，因此采用有源电力滤波器已成为谐波补偿的一种重要趋势[1-3]。

2 并联有源电力滤波器组成及其电路的工作原理

并联有源电力滤波器主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路；而补偿电流发生电路主要由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成。如图1所示：

图1 单相并联型APF原理电路框图

Fig.1 Principle circuit drawing of single-phase shunt active power filter

并联型APF的指令电流检测电路可以从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反相后产生补偿电流的指令信号。

电流跟踪控制电路根据主电路产生的补偿电流应跟踪指令信号的原则，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路，产生补偿电流。这样使电网电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与无功补偿的目的。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等[4]。

从上述原理可以看出，有源电力滤波器对包含谐波和无功分量的电网进行“矫正”的方式类似于自适应滤波技术中的“干扰抵消器”[5]。因此，有源电力滤波器具有响应速度快，对变化的任意次谐波和无功功率都能实施动态补偿，并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小等

本文阐述了有源电力滤波器的工作原理,针对并联有源电力滤波器的特点,着重分析了单相有源电力滤波器的工作过程,在基于瞬时无功理论谐波电流检测的基础上,比较了三角载波与滞环比较控制策略的工作原理及优缺点,并进行了仿真,仿真过程与结果有效地为电流控制提供了参考和依据。

特点。

3 基于瞬时无功理论的谐波电流检测

指令电流的准确检测和补偿电流的产生是有源电力滤波器的两个关键技术，会直接影响

其中瞬时无功功率理论被认为是一种到APF的补偿性能。已有多种方法用于电流检测[6-10]，

非常有效的检测方法，它可以十分方便地检测出瞬时基波电流、瞬时谐波电流、瞬时非基波电流、瞬时有功电流、瞬时基波有功电流、瞬时零序电流、瞬时正序电流、瞬时负序电流等及其任意组合的指令电流。

鉴于p q法在检测电网电压畸变时的谐波电流会存在较大误差，而ip iq法可以在系统电压畸变和不对称时也适用，因此本文采用ip iq法来检测并联型APF的瞬时谐波指令电流。

ip iq检测法的原理图如图2所示，图2中ia，ib，ic为三相三线制电路的各相电流瞬时值；ua为a相的电压瞬时值；iaf，ibf，icf为基波电流；iah，ibh，ich为谐波电流；LPF为低通滤波器；信号发生器为正、余弦发生电路；PLL（Phase Lock-Loop）为锁相环电路；

图2 ip iq检测法原理框图

ip iq Fig.2 Principle drawing of current detecting based on

其中，

1 22 C32 （1）

0

T （2） C23=C32

sinwt coswt C= （3） coswt sinwt

在该方法中之所以设置了锁相环电路和信号发生电路是为了获得与a相电压相位相同的正弦信号sinwt和余弦信号 coswt，从而生成变换矩阵C。根据定义可以计算出ip和iq，经LPF滤波以后就得出了ip、iq的直流分量ip、iq，这里ip、iq是由iaf、ibf、icf产生的，因此根据ip、iq的值便可以计算出iaf、ibf、icf，进而可以计算出iah、ibh、ich，当要检测谐波和无功电流之和时，只需断开图2中计算iq的通道即可。该方法可以正确地检测

本文阐述了有源电力滤波器的工作原理,针对并联有源电力滤波器的特点,着重分析了单相有源电力滤波器的工作过程,在基于瞬时无功理论谐波电流检测的基础上,比较了三角载波与滞环比较控制策略的工作原理及优缺点,并进行了仿真,仿真过程与结果有效地为电流控制提供了参考和依据。

出基波正序分量，进而可正确地检测出谐波和基波负序电流之和。

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