基于滞环空间矢量控制的有源电力滤波器的研究

2011-07-25郭丽娜

电气开关 2011年4期

郭丽娜

(郑州铁路职业技术学院，河南郑州 454000)

1 引言

随着电力电子技术和控制技术的进步，人们越来越倾向于使用有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)来抑制谐波，而影响APF补偿效果的是电流控制策略的选择。

目前用于APF电流控制的较常用的方法是滞环电流控制。它的优点是控制简单，动态响应快，但也存在使开关频率变化较大，易引起脉冲电流和开关噪声等缺点。空间电压矢量控制具有较高的直流电压利用率和控制精度。为解决既能保持恒定的开关频率，有较高的直流电压利用率，又能同时提高APF性能和效率，本文中将滞环电流控制和空间电压矢量控制结合起来应用于APF的电流控制中，在取得快速电流响应的同时，降低了开关频率，提高了系统运行效率。

2 并联混合型有源电力滤波器

有源电力滤波器构成如图1所示，其工作原理是:检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。

图1 并联混合型有源电力滤波器的构成

3 电流指令的生成

准确、实时地检测出谐波的电压或电流信号是APF进行精确补偿的关键。本文采用的是实时性好、计算量小、精度高且易于实现的基于瞬时无功功率理论的ip－iq法，其原理图如图2所示。

图2 ip－iq运算方式原理图

图2中ia、ib、ic为负载三相电流值，根据瞬时无功功率理论计算，可得到瞬时有功电流分量ip和瞬时无功电流分量iq。

式中

最后用三相负载电流减去三相基波电流即得到三相谐波电流iah、ibh、ich。

4 基于滞环的SVPWM电流控制

4.1 控制原理

在有源电力滤波器系统中，APF的主电路采用的是电压型PWM整流器，如图3所示。

图3 三桥臂电压型整流器拓扑结构

在三相无中线电压型PWM整流器(VSR)拓扑结构中，如忽略VSR交流侧电阻，可得VSR电压矢量方程为:

式中，V为三相VSR交流侧输出电压矢量;E为三相电网电动势矢量;I为三相VSR交流侧电流矢量。

若指令电流矢量为I*，则实际的误差电流矢量为

将式(4)代入式(3)，化简得

若要获得零误差电流响应，则三相VSR输出参考电压矢量V*应满足

然而，对于三相VSR，共有8条空间电压矢量Vk(k=0，…，7)可以选择。显然，式(5)可变为

将式(6)代入(7)，得

式(8)说明，对于给定的具有零误差电流响应的参考电压矢量V*，可以选择合适的三相VSR空间电压矢量Vk(k=0，…，7)，以控制误差电流矢量的变化率dΔI/dt，从而控制误差电流矢量ΔI。

4.2 电压矢量所在扇区判断

图4 波形及V*区域检测及判断

式(9)结合图4(a)，可获得V*区域判别的逻辑运算关系如式(11)所示。

式中，RV*(1)～RV*(6)为V*区域Ⅰ～Ⅵ逻辑变量。

若V*位于i区域时，RV*(i)=1，否则RV*(i)=0，其中i∈［1 －6］。

5 仿真

采用了Matlab下的Simulink仿真模块、电力系统simpowersystem工具箱，以及DSP工具箱来建立有源电力滤波器的模块。仿真时假设非线性负载是三相桥式全控整流器，电网电压是220V，工频是50Hz。仿真结果如图5、图6所示，仿真结果表明，该控制策略能够使APF具有很好的跟踪和补偿效果。