基于ip―iq法的并聯(lián)有源濾波器在微網(wǎng)中的應(yīng)用

微網(wǎng)是一種由微電源和負(fù)荷共同組成的系統(tǒng)，相對(duì)于大電網(wǎng)，微網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元。隨著用電用戶(hù)越來(lái)越高的安全和可靠性要求以及多樣化的供電需求，微網(wǎng)逐漸為人們所重視，并在近年得到快速發(fā)展。而微網(wǎng)中由于微電源自身特殊性質(zhì)和非線性負(fù)載引發(fā)的電能質(zhì)量問(wèn)題也需要合理的方法進(jìn)行改善，有源濾波器就可以很好的做到這一點(diǎn)。有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的電力電子裝置，是公認(rèn)的治理電網(wǎng)諧波、補(bǔ)償無(wú)功，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的最有效的手段。基于三相瞬時(shí)無(wú)功理論的ip—iq法是有源電力濾波器常用的諧波檢測(cè)方法之一。本文通過(guò)對(duì)ip—iq法的分析，提出有源電力濾波器的控制方式，并在SIMULINK中模擬于微電網(wǎng)中的應(yīng)用，得到了令人滿意的結(jié)果。

1 諧波檢測(cè)原理

三相瞬時(shí)無(wú)功理論首先由赤木文泰于1983年提出，并于此后不斷研究完善的。ip—iq法即是以此為基礎(chǔ)的理論體系。其基本原理如圖1所示。

設(shè)三相電路各相電壓與電流的瞬時(shí)值分別為ea、eb、ec和ia、ib、ic。將其經(jīng)Clarke變換變換到α-β兩相正交坐標(biāo)系下研究，可得兩相瞬時(shí)電壓與電流eα、eβ和iα、iβ。

ip—iq法如圖1所示，需要用到與a相電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號(hào)sinωt和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)cosωt，它們由一個(gè)PLL鎖相環(huán)和一個(gè)正余弦信號(hào)發(fā)生電路獲得。此時(shí)，便可計(jì)算出ip，iq。

在通過(guò)低通濾波器LPF，即可得到得到ip，iq中的直流分量，可計(jì)算出源電流的基波分量，在將基波分量與源電流相減，進(jìn)而計(jì)算出其諧波分量。

2 并聯(lián)有源電力濾波器工作原理與控制方法

2.1 基本原理

圖2為應(yīng)用與微電網(wǎng)的并聯(lián)APF原理圖，如圖可知，APF主要有主電路、指令電流運(yùn)算電路、電流跟蹤控制電路與驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。主電路是由PWM控制的逆變電路，檢測(cè)電流經(jīng)指令電路計(jì)算產(chǎn)生指令電流，由控制電路計(jì)算出主電路需要的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路作用于主電路，產(chǎn)生補(bǔ)償電流。

非線性負(fù)載在運(yùn)行過(guò)程中電流會(huì)發(fā)生畸變，產(chǎn)生諧波電流，當(dāng)并聯(lián)APF未接入系統(tǒng)時(shí)，電網(wǎng)電流等于負(fù)載電流：

is=iL=iLf+iLh (7)

當(dāng)并聯(lián)APF接入系統(tǒng)以后，濾波器通過(guò)指令電流運(yùn)算電路檢測(cè)負(fù)載電流并檢測(cè)提取出補(bǔ)償電流指信號(hào)，經(jīng)電流控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制APF發(fā)出合適的補(bǔ)償電流以抵消電源側(cè)的諧波電流分量，即：

is=iL+ic=iLf+iLh+ic (8)

2.2 滯環(huán)控制

滯環(huán)控制現(xiàn)在在有源濾波器中的應(yīng)用較為廣泛，其基本原理如圖3所示。把指令電流運(yùn)算電路計(jì)算出的指令信號(hào)與實(shí)際補(bǔ)償電流信號(hào)比較，將兩者的偏差量作為滯環(huán)比較器的輸入，當(dāng)誤差超過(guò)給定環(huán)寬時(shí)，改變APF主電路開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而減小補(bǔ)償電流的誤差，達(dá)到控制電流的目的。

采用滯環(huán)控制時(shí)，環(huán)寬的選擇對(duì)補(bǔ)償電流的跟隨性有較大影響。環(huán)寬較大時(shí)，開(kāi)關(guān)管通斷頻率較低，但是跟隨誤差較大，補(bǔ)償效果稍差。反之，當(dāng)環(huán)寬較小時(shí)，雖然跟隨誤差會(huì)較小，但是開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率較高。

2.3 直流側(cè)電壓的控制

對(duì)于并聯(lián)型APF來(lái)說(shuō)，在正常工作時(shí)，為保證其有良好的補(bǔ)償電流跟隨性，其直流側(cè)電容電壓應(yīng)基本保持不變。

對(duì)直流側(cè)電壓Uc的控制入圖1右上部分所示，Ucr為Uc的給定值，將兩者之差經(jīng)PI控制器后得到調(diào)節(jié)信號(hào)，在將其疊加到瞬時(shí)有功電流的直流分量，此時(shí)運(yùn)算電路產(chǎn)生的指令信號(hào)中就包含一定的基波有功電流，通過(guò)滯環(huán)控制，使APF產(chǎn)生的補(bǔ)償電流中包含一定的基波有功電流分量，從而使APF的交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生能量交換，進(jìn)而將Uc調(diào)節(jié)至給定值。

3 仿真與分析

在MATLAB/simulink環(huán)境下搭建帶有并聯(lián)APF的微電網(wǎng)模型如圖4所示。

設(shè)置仿真時(shí)間0.1 s，運(yùn)行仿真模型，可得到仿真結(jié)果如下所示。

如圖5所示為ip—iq法檢測(cè)出的a相基波電流，其諧波電流如圖6所示?？梢钥闯觯瑘D5所示的基波電流具有很好的正弦性，可見(jiàn)ip—iq法可以準(zhǔn)確的測(cè)量出微電網(wǎng)的基波電流。微電網(wǎng)經(jīng)并聯(lián)APF濾波后的a相電源電流如圖7所示，對(duì)比圖5中的基波電流可知，并聯(lián)APF可以有效的濾除非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。圖8所示為通過(guò)simulink中的FFT模塊對(duì)a相電源電流進(jìn)行THD分析，如圖可見(jiàn)，經(jīng)并聯(lián)APF濾波后，電源電流THD僅為2.10%，電能質(zhì)量提高。

4 結(jié)論

本文主要分析了基于ip—iq法的并聯(lián)有源電力濾波器的基本原理和控制方式，建立了將其應(yīng)用于微電閩中的基本模型，并通過(guò)MATLAB/simulink進(jìn)行建模仿真，仿真結(jié)果表明并聯(lián)有源電力濾波器能有效濾除微電網(wǎng)中的諧波電流，提高微電網(wǎng)電能質(zhì)量。