串联型有源电力滤波器对谐波抑制的分析

核心提示：　　1串联型APF系统结构和工作原理1.1串联型APF系统结构该系统主要由谐波检测电路、PWM控制电路、驱动电路及主电路4部分组成其中，前3部分共同组成APF的控制电路。主电路采用IGBT构成的三相桥

　　1串联型APF系统结构和工作原理1.1串联型APF系统结构该系统主要由谐波检测电路、PWM控制电路、驱动电路及主电路4部分组成其中，前3部分共同组成APF的控制电路。主电路采用IGBT构成的三相桥式电压型PWM逆变器，电感L.和Cr用来滤除PWM逆变器产生的开关脉动该电路结构的特点是：有源电力滤波器作为电压源通过电流互感器（CT）串联在电源和带有大电容的三相二极管桥式整流电路的交流侧之间，其输出补偿电压相当于受控电压源用于抵消由负载产生的谐波电压串联型APF系统结构，如所示。

　　1.2串联型APF系统工作原理谐波电压补偿的一相等效电路，如所示。其中，Z为电源内部等效阻抗；和分别为电源基波电压和谐波电压；ULf和ULh分别为负载的基波电压和谐波电压；if和ish分别为电源基波电流和谐波电流。补偿装置工作时，APF相当于一个与负载串联且受谐波电流控制的受控电压源，它产生一个K倍于谐波电流的谐波电压u……因此，APF对谐波来讲可等效为阻值为K的电阻，而对基波来讲，其阻值K为零由及根据迭加原理，得从（3）式可知，当K*，ishQ故由（1）式得从上述讨论可知，通过控制APF，让K值充分大，能使电源电流is和电源电压不含谐波成分，从而达到对谐波补5偿的星的cad6mic 2串联型APF系统的控制方法控制系统原理框图，如所示控制系统需从电源电流中瞬时检测出其中的谐波电流ish，形成补偿电压指令uc，从而驱动主电路中6个电力开关器件，使PWM逆变器实时产生与ish成比例的谐波电压uc，才能达到使有源滤波器对基波阻抗为零，对谐波呈现一定的阻抗，进而实现对变化的谐波进行实时跟踪补偿的目的此外，为维持PWM逆变器工作，控制系统还应能控制其直流侧电容电压保持恒定。

　　2.1补偿电压指令计算根据串联型APF系统的工作原理，为使其对基波呈零阻抗，而对谐波呈比较大的阻抗，APF的输出电压指令应为uC=Kish，以三相电路瞬时无功功率理论为基础，通过计算ipiq可以得出三相电路谐波电流ish中isaisbisc为电源电流瞬时值，匕为电源a相电压，LPF为二阶低通滤波器，用于获得-p-的直流分量-p -.PLL为锁相环电路，它产生与电源电压同步的标准正弦和余弦信号，即根据（5）式和（6）式，计算出ip和iq，经LPF滤波后得到其直流分量-和将-和-反变换后可得电源电流的基波分量isafisbfisf，即串联型APF的补偿指令电压u* 2.2APF系统直流侧电压的控制1由于PWM逆变器工作时，其能量损耗会引起直流侧电容电压以的降低，为了保证PWM逆变器正。+YTO4-05CninicaaemicJourfTleOTonicrubli：常工作，Ud必须维持恒定为此，在检测‘isb直流电压的反馈控制环节中Ud的给定值与反馈值比较之后的偏差，经PI调节器与谐波电流检测中算出的iP相减这样，在算出的谐波电流值isahisbh和ish中加上额外的基波电流成分AisafAishf和Airf，使电压指令中也含有额外的基波成分，最终使PWM逆变器在生成所需的谐波电压的同时，生成一定的基波电压基波电压与电源的基波电流相作用，控制逆变器中的能量流动，以维持直流电压Ud的恒定2.3APF系统的PWM控制方法本文采用定时瞬时值比较电压跟踪型PWM控制方法来获得PWM信号，使APF系统的输出电压实时跟踪指令电压信号的变化其工作原理，如所示。

　　APF系统工作时，将电压指令信号i和串联型APF系统的逆变器产生的补偿电压m（。送入比较器进行比较，由比较器的输出控制主电路的通断，从而达到使u（。实时跟踪指令电压uC的目的定时比较方法中PWM信号至少需要一个时钟信号周期才会变化一次。这样时钟信号的频率就限定了器件工作的最高频率，从而避免了因开关频率过高而造成器件的损坏。该控制方法每相只需要一个比较器和触发器，硬件电路简单可行。

　　研制了一台的谐波源负载进行了补偿a给出了串联APE系统投入补偿前三相线电流中的一相波形，可以看出三相电流的波形畸变严重串联APE系统投入后，该相线电流波形如b所示，可以看出三相电流波形中的谐波几乎被全部补偿，即电流波形基本接近正弦波用HP35663A型动态信号分析仪测得谐波补偿前后电源电流总谐波含量THD分别为69.97%和3.脱。

　　实验结果表明，串联型APE系统对直流侧带有大电容的三相二极管桥式整流电路具有良好的谐波补偿效果应注意，串联型APE系统的补偿效果与K值的大小有关根据（3）式，K值越大谐波补偿效果越好，其策略相当于比例控制但对二阶以上系统进行控制时，K值过大将会引起系统振荡，故K的取值是有限的f2），即从原理上讲不能将电网上的谐波完全消除5结束语电网中的谐波源负载性质不尽相同，为了更好地起到抑制电网谐波源的效果，对不同的谐波源负载应选用不同类型的有源电力滤波器。针对电网中电压型谐波源负载所产生的谐波，本文选用了基于瞬时无功功率理论的三相串联型APE系统进行补偿。

　　通过样机的实验结果表明，采用本文给出的串联型APE系统控制方法及有关参数设计方法，能达到消除谐波和功率因数校正的目的，且参数和控制方式调整都比较容易，从而验证了串联型APE系统的滤波原理以及控制方案的正确性和可行性（责任编辑张秋娟）