新型注入式混合有源濾波器控制算法的研究

摘要：非線性負(fù)載在電網(wǎng)中的大量使用導(dǎo)致了電能質(zhì)量的惡化，因此需對諧波污染進(jìn)行治理。基于一種新型35 kV注入式混合有源電力濾波器(IHAPF)，在傳統(tǒng)遞推積分PI控制及滯環(huán)控制理論基礎(chǔ)上改進(jìn)了二者的缺點(diǎn)，提出了一種復(fù)合控制方法，可快速無差地跟蹤指令信號。仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性及正確性。
關(guān)鍵詞：有源電力濾波器；諧波抑制；無功補(bǔ)償

1 引言
電力電子裝置等非線性負(fù)荷在電網(wǎng)中的大規(guī)模應(yīng)用造成電網(wǎng)的諧波污染，而用戶對電能質(zhì)量的要求越來越高，因此需研制電能質(zhì)量控制裝備以改善電能質(zhì)量。無源濾波器只能固定濾除特定次諧波并可能與電網(wǎng)發(fā)生串并聯(lián)諧振；并聯(lián)型APF結(jié)合了開關(guān)和濾波器二者的優(yōu)點(diǎn)，是電能質(zhì)量治理的主要研究方向。大功率IHAPF改進(jìn)了傳統(tǒng)并聯(lián)諧振型混合APF的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可對有源部分的交流側(cè)進(jìn)行穩(wěn)壓，避免了額外的整流電路，可達(dá)到工程應(yīng)用的目的。
電流跟蹤控制方法的優(yōu)劣在于控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、動態(tài)性能和控制精度?；谛滦?5 kV的IHAPF，在分析多種控制方法的基礎(chǔ)上，提出了復(fù)合控制方法。復(fù)合控制基于滯環(huán)控制及遞推積分PI控制理論，克服了滯環(huán)控制有差調(diào)節(jié)、電流開關(guān)毛刺較大以及遞推積分PI控制穩(wěn)態(tài)到達(dá)時(shí)間長的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了這兩種控制方法的有機(jī)結(jié)合。

2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
對于傳統(tǒng)的并聯(lián)混合APF有源部分，交流側(cè)并聯(lián)的基波諧振支路使有源部分不承受基波電壓，大大減小了有源部分的容量，使其適用于較高的電壓等級。但由于基波諧振支路的存在，只能通過加入額外的整流設(shè)備對直流側(cè)電容進(jìn)行充電，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于電網(wǎng)電壓波動及負(fù)載變化等原因會造成交流側(cè)能量的倒灌，從而引起直流側(cè)電壓抬升，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。
新型IHAPF的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上針對上述問題進(jìn)行了改進(jìn)。逆變器輸出經(jīng)過濾波電感后與分壓電感并聯(lián)在變壓器的初級，變壓器的次級串聯(lián)單調(diào)諧支路并入電網(wǎng)。

耦合變壓器的作用是電氣隔離。有源逆變器交流側(cè)的電感基波等效阻抗遠(yuǎn)低于變壓器次級的單調(diào)諧支路等效阻抗，因此基波分壓很小，有利于減小其容量。由于分壓電感承受一定的基波電壓，所以可控制有源部分直流側(cè)及分壓電感上的有功能量的交換來穩(wěn)定直流側(cè)電壓，避免了額外的整流電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性。

3 混合補(bǔ)償裝置的控制方法研究
系統(tǒng)整體控制框圖如圖2所示?？刂品椒ú捎秒妷和猸h(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略，電流內(nèi)環(huán)實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)側(cè)三相電流信號，經(jīng)過矢量迭代算法計(jì)算出補(bǔ)償信號，作為逆變器的指令電流；通過復(fù)合控制使逆變器輸出電流跟蹤指令信號；電壓外環(huán)的跟蹤誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)，輸出的直流信號轉(zhuǎn)化為交流后疊加到諧波參考信號上。