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基于直流侧直接功率控制的有源电力滤波器的研究来源:河南汇德电气 时间:2017/3/20 14:57:00

摘要:本文通过对有源电力滤波器(APF:Active Power Filter)的工作原理、控制拓扑以及理论基础进行阐述。并着重介绍了基于直流侧直接功率控制的控制策略,利用滞环控制原理实现控制输出的目的。APF,针对负载电流中的谐波电流能够进行有效的治理,提高系统电能质量,并起到净化电网的效果。通过样机的实验测试表明,基于直流侧直接功率控制的控制策略,能够实现对谐波电流的有效滤除,并有结构简单,直流侧电压稳定和对控制输出有快速动态响应的优点。

正文内容:

APF在结构控制拓扑上主要由两大部分构成:通过负载电流的采样实现谐波电流分离的电路与通过控制算法实现补偿电流输出的电路。谐波电流检测电路的主要功能是用来检测负载电流中的谐波分量;补偿电流输出电路是在指令电流发出补偿电流指令信号的作用下,控制变流器输出补偿电流,从而可以用来除去负载电流中的谐波电流。对于谐波检测部分采用的主要理论有瞬时无功理论,快速傅里叶变换(FFT)理论,FBD功率理论等。对于补偿电流发生部分,主要有滞环控制算法、PI控制、前馈控制、重复控制、DQ坐标下PI控制、广义积分控制等。在各种算法中应用比较普遍是滞环控制,该算法准确度较高,响应速度快,是一种常用的电流跟踪控制方法,但是开关频率是随着固定环宽变化的概率值。因此对开关频次产生的谐波无法得到有效的抑制[1]。本文在滞环控制的基础上,提出基于直流侧直接功率控制(DPC:Direct Power Control)的控制策略,该策略有较好的鲁棒性,跟踪速度快,并能在突变状态下能够快速响应,并且在滞环控制的基础上改善了开关频率产生的谐波,提高了设备的性能。

APF的工作过程是:通过系统电压互感器、负载电流互感器的电量变换,经过信号调理电路后,由中央控制单元分离出基波电流,并计算出补偿电流的指令信号iC*,然后通过补偿控制电路经过隔离驱动电路,控制逆变器产生相应的补偿电流iC。

根据电流合成理论分析,负载电流iL由基波电流分量iLf和谐波电流分量iLh构成。基波电流分量又可以分解成有功分量iLfp和无功分量iLfq。所以,负载电流可以分解成基波有功分量iLfp、基波无功分量iLfq和谐波分量iLh。

基于直流侧直接功率控制的有源电力滤波器的研究

......以下内容省略

结论

通过直流侧直接功率控制的APF系统以系统的消耗功率为目标进行直接控制,避开了传统控制计算的繁琐过程以及坐标变换的转换过程,直接对直流侧输出功率控制,简化了系统的控制路径。利用滞环控制的快速跟踪特性,提高系统运行的稳定性和直流侧电压值的稳定性,同时对周期性负荷和突变负荷也有很好的补偿效果。在此理论基础上研制了一台实验样机,对样机的补偿效果和数据进行分析,实验结果表明了控制算法的高效性。

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