一种实用的三相有源滤波器控制策略的研究一种实用的三相有源滤波器控制策略的研究
介绍一种实用的三相有源滤波器(APF)的控制策略,APF的主要电路拓扑采用三相四线制电压型变换器。其控
制电路分为两部分:相电流基准的产生和滞环控制脉冲调制。
1引言
随着电力电子技术的不断发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用于各种领域,然而电力电子器件所固有的非线性使得
它对市电的影响如谐波污染及输入端功率因数问题等显得日益突出。以前,我们使用无源滤波网来解决谐波问题。但是,无源
滤波网的滤波特性是非选择性的,而且它也具有一些如体积大,容易引起谐振,补偿特性差等缺点〖1〗〖18〗。为解决功率
因数校正问题,近些年来,提出了许多静止无功补偿器的拓扑结构〖2〗〖3〗。但是一些静止无功补偿器本身就会产生低次谐
波〖3〗,而且其动态响应也无法满足一些特殊负载的要求。
为此,人们提出了一系列
本文所述的实用三相有源滤波器的控制策略,是对“简化控制方法”的扩充和改进,并应用于三相有源滤波器,不仅实现方
便、可靠,而且采用动态电流带宽控制后的三相有源滤波器除了能实现对无功的补偿和对谐波电流的抑制外,还可平衡输电线
上的三相电流。因此,它可提高电能质量以及输电线的输送效率。
2三相有源滤波器的主电路结构及工作原理
图1三相并联有源滤波器的主电路
有源滤波器的主电路采用三相四线制电压型变换器,如图1所示。电压型变换器直流母线上的直流电容C1和C2用作储能元
件,C1和C2容值相等。开关S1,S4组成A相的
本文所讨论的实用三相有源滤波器的控制策略的基本思想为:为三相输入相电流设定三个与相电压同相,仅含基波,并相
互间幅值相等的相电流基准,通过对各相变换器的控制使相电流ia,ib,ic在一个差带内追随基准而变化。因为基准是幅值相等,
且与相电压同相位的正弦波,所以当用附加的无源滤波器滤掉开关频带后,相电流iA,iB,iC是功率因数高,失真小,对称的电
流。
如果忽略有源滤波器的损耗,变换器不吸收能量也不放出能量,在稳态下,负载消耗的能量等于电源提供的能量,即输入
输出功率保持平衡。直流母线上的电容为储能元件,因此变换器可以与电源和负载交换能量,负载所需的无功功率是通过与有
源滤波器的交换而获得的。无功仅在有源滤波器与负载之间交换。负载所需的不对称功率由电源经变换器相与相之间能量交换
后提供给负载。
如果输入输出功率失去平衡,不平衡部分的能量将由直流电容补给或吸收,由此引起电容电压的变化。如果电源供给的有
功小于负载所需,则直流电容电压下降,控制电路检测到电容电压下降后将同时增大各相电流基准的幅值,以增加电源供给的
有功。相反,当直流电容电压上升时,将同时减小各相电流基准的幅值,最终使能量的供需达到平衡。直流母线上电容电压的
平均值可提供功率是否平衡的信息。我们通过反馈控制来决定基准电流的幅值,实现输入和输出功率之间的平衡。
3控制方框图
图2所示为有源滤波器的控制方框图。在有源滤波器的控制中,需检测的量有:相电流ik,相电压uk,上下直流电容上的电压Uc1
和Uc2。检测三相进线电压,产生与相电压同相的单位正弦波Sk。Uref为设定的电容电压期望值,它与(Uc2+Uc1)的误差e
经比例积分后得到的电平R,来调节基准的幅值,使电源和负载之间能量平衡。反馈到电流平衡整定电路,产生微调电平Tk微
调基准幅值,使三相电流基准幅值完全相等。这使得三相电压对称时,进线上的三相功率对称。Uc2与Uc1的差经比例积分后
得到误差ε,加在电流基准上,使相电流有一个可调节的直流分量,保证工作过程中C1和C2上电压的平均值相等。(关于这一
点将在后面详细讨论)。所以电流基准由Sk,R,Tk和ε四个量决定:
基准电流上下浮动δ,形成一个2δ的带宽,我们采用