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(tǒng)采用H橋構(gòu)建了一個三相三線電壓型變換器拓撲結(jié)構(gòu)。為達到理想的諧波補償、無功補償和不平衡負載控制效果，3個單相H橋構(gòu)建的三相電路使用三角形連接的模式，適合在大功率APF場合使用。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功電流補償?shù)哪康??；诶碚摲治龊头抡?，在一臺大功率APF裝置上進行實驗，驗證了所提控制策略的有效性和該裝置的諧波和無功補償能力。
關鍵詞：有源電力濾波器；諧波補償；大功率

1 引言
電網(wǎng)中大量非線性負載的使用，造成的諧波、無功和不平衡的問題日益突出，在很多場合都需補償無功、抑制諧波和補償負載不平衡性，因此APF成為研究的熱點。大功率APF裝置要求在補償無功的同時，也能補償諧波。為達到好的諧波補償效果，裝置的開關頻率越高補償效果越理想，但在大功率場合使用時，裝置采用高開關頻率會加大散熱系統(tǒng)的設計難度，增加系統(tǒng)的損耗，故需選擇合適的拓撲結(jié)構(gòu)。采用H橋結(jié)構(gòu)的電壓型變換器拓撲結(jié)構(gòu)，在同等開關頻率下，其等效開關頻率比三橋臂的變換器拓撲高一倍，這一特點對提高裝置的諧波補償性能是一個極大優(yōu)勢，且在實際功率器件選擇中亦非常有利。
隨著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)、模糊控制和無差拍控制等控制策略都應用到無功和諧波補償系統(tǒng)中，在實際的產(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合的實際要求，尤其是低壓電力系統(tǒng)中普遍存在的負載不平衡現(xiàn)象，通過對不同拓撲結(jié)構(gòu)進行對比分析，合理選擇了滿足大功率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個單相H橋逆變器兩端分別連接一個電感后進行三角形連接，每個H橋具有獨立直流電源。基于H橋結(jié)構(gòu)主電路參數(shù)的對稱性，裝置可采用單相獨立控制的方式，進而對單相逆變器進行分析，分析結(jié)果同樣適合三相系統(tǒng)。圖2示出單相逆變器等效電路。

設系統(tǒng)電壓，其中，M為單相逆變器的調(diào)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(tǒng)控制的影響，可得：