低壓大功率有源電力濾波器的控制策略研究

摘要：討論了一種大功率有源電力濾波器(APF)，系統采用H橋構建了一個(gè)三相三線(xiàn)電壓型變換器拓撲結構。為達到理想的諧波補償、無(wú)功補償和不平衡負載控制效果，3個(gè)單相H橋構建的三相電路使用三角形連接的模式，適合在大功率APF場(chǎng)合使用。提出了一種指令電流復合控制策略，以達到對檢測出的諧波電流的快速跟蹤和無(wú)功電流補償的目的?；诶碚摲治龊头抡?，在一臺大功率APF裝置上進(jìn)行實(shí)驗，驗證了所提控制策略的有效性和該裝置的諧波和無(wú)功補償能力。
關(guān)鍵詞：有源電力濾波器；諧波補償；大功率

1 引言
電網(wǎng)中大量非線(xiàn)性負載的使用，造成的諧波、無(wú)功和不平衡的問(wèn)題日益突出，在很多場(chǎng)合都需補償無(wú)功、抑制諧波和補償負載不平衡性，因此APF成為研究的熱點(diǎn)。大功率APF裝置要求在補償無(wú)功的同時(shí)，也能補償諧波。為達到好的諧波補償效果，裝置的開(kāi)關(guān)頻率越高補償效果越理想，但在大功率場(chǎng)合使用時(shí)，裝置采用高開(kāi)關(guān)頻率會(huì )加大散熱系統的設計難度，增加系統的損耗，故需選擇合適的拓撲結構。采用H橋結構的電壓型變換器拓撲結構，在同等開(kāi)關(guān)頻率下，其等效開(kāi)關(guān)頻率比三橋臂的變換器拓撲高一倍，這一特點(diǎn)對提高裝置的諧波補償性能是一個(gè)極大優(yōu)勢，且在實(shí)際功率器件選擇中亦非常有利。
隨著(zhù)DSP運算能力的提高和控制理論在電力電子技術(shù)中應用研究的深入，重復控制(RP)、諧振控制(RC)、模糊控制和無(wú)差拍控制等控制策略都應用到無(wú)功和諧波補償系統中，在實(shí)際的產(chǎn)品中也得到了很好的利用。APF所采用的主電路有多種形式，這里考慮在低壓大功率場(chǎng)合的實(shí)際要求，尤其是低壓電力系統中普遍存在的負載不平衡現象，通過(guò)對不同拓撲結構進(jìn)行對比分析，合理選擇了滿(mǎn)足大功率APF裝置要求的主電路拓撲。

2 主電路分析和建模
圖1示出大功率APF的主電路拓撲。

3個(gè)單相H橋逆變器兩端分別連接一個(gè)電感后進(jìn)行三角形連接，每個(gè)H橋具有獨立直流電源?；贖橋結構主電路參數的對稱(chēng)性，裝置可采用單相獨立控制的方式，進(jìn)而對單相逆變器進(jìn)行分析，分析結果同樣適合三相系統。圖2示出單相逆變器等效電路。

設系統電壓，其中，M為單相逆變器的調制比，δ為逆變器輸出電壓與電流的相位差，忽略零序電流對系統控制的影響，可得：