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有源电力滤波器控制策略
作者：冉月超
来源：《科技风》2017年第10期
摘要：针对工业配电网中存在的因大功率非线性电力电子设备引起的负序、谐波以及功率因数低等电能质量问题，本文采用综合电能质量补偿器，来对工业配电网中存在的电能质量进行治理，能同时治理谐波、负序以及无功补偿。 关键词：有源电力滤波器；控制策略；补偿 1 有源电力滤波器系统构成及工作原理
有源电力滤波器治理电能质量的系统方案如图1所示。
有源电力滤波器采用并联结构，逆变器部分通过耦合变压器和配电网相连。它产生的谐波电压通过耦合变压器加在电网阻抗上获得需要的补偿电流。耦合变压器起到降低有源功率调节器交流侧电压，匹配有源功率调节器电流以及电气隔离的作用，使开关器件的容量得到充分利用。电容作为主电路直流侧储能元件，在正常工作时保持电压基本不变。电感则起到平波的作用，一般要求其值足够小以保证补偿电流发生模块的动态跟踪性能。有源电力滤波器包括检测模块和补偿电流发生器（电流跟踪控制电路、变流器）两个部分：前部分检测网侧电流的谐波和无功等电流分量，后者根据接收的运算电路指令信号来控制产生补偿电流。 2 电流补偿跟踪控制方法
电流跟踪控制的任务就是在检测出负载电流中的畸变量之后，控制装置的输出电流实时跟踪指令电流的变化。将补偿电流注入到电网中，使得电网电流能够呈现正弦状态，以达到负序和谐波综合补偿的目的。已有大量文献对电流跟踪控制方法进行了研究，提出了诸如三角波比较调制法、电流滞环跟踪控制法、无差拍控制法等。 2.1 三角载波电流控制法
三角波比较调制法是比较常见的控制方法。三角波比较调制法的优点是控制电路结构简单，功率器件的开关频率恒定为三角波载波的频率，这样给器件选择带来方便。缺点是逆变器一直运行在高频状态，开关损耗较大。故此种控制方法多用于中小功率应用中。 2.2 滞环电流控制法
滞环控制物理概念清晰，结构简单，容易实现。当开关频率较高时，动态性能较好。由于不含有载波，故在其输出中不含有与载波频率相关的特定谐波。并且在控制运算中未使用到系
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统参数，对参数不敏感，鲁棒性好。但是其开关频率不固定，并且随系统的工作条件变化而变化，谐波电流的频率分布随机，给滤波器设计带来一定困难。 2.3 无差拍控制法
与PWM控制技术相比，无差拍控制的输出控制脉宽是基于电路的实时状态计算而来，所以动态响应能力更好。此外，由于无差拍控制在电路发生改变后过渡过程的响应速度快，因此具有负荷适应性强以及输出失真度小的特点。无差拍控制具有诸多优点的同时也存在着一些不足：由于是基于数学预测模型的一种控制方法，所以其对系统的参数具有很大的依赖性；因为需要进行实时计算，所以对硬件要求较高；此外，采用无差拍控制在建模不理想时还存在着输出电压振荡的风险，不利于安全稳定运行。 3 直流侧电容电压控制
为了确保集成综合补偿模块的主电路的安全运行，逆变器的直流侧的电容电压必须稳定在一个特定的范围内，这样才能确保在任意时刻主电路能随着指令电流值生成对应的补偿量。在逆变器运行时，由于补偿电流以及系统损耗是在不断变化的，在没有使用恰当控制方法时直流电容的电压会不稳定，不利于装置的安全运行。当前，主要有两种方法来稳定直流侧电容的电压：一是采用适当的控制方法来稳定直流电容的电压，二是通过附加辅助电路的形式给直流电容充放电以确保电容电压的稳定。第二种方法需要外加辅助电路，这势必增加了逆变器电路的结构复杂度以及成本与损耗，因此在实际应用中多采用第一种方法。实际应用中比较常用的电容稳压控制方法有以下几种：比例控制、模糊控制、单周控制、比例积分以及线性最优等。在这些控制方法中，比例控制与比例积分应用尤为广泛。 4 综合补偿装置控制策略
通过上述分析与论述，可以得到有源电力滤波器实现综合补偿功能的控制原理，控制系统实际上等同于基于负载电流反馈的直流侧电容电压外环、电流内环的双闭环滞环控制。 参考文献：
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[3]郑建勇，王杰，梅军，等.基于电压空间矢量的滞环电流控制方法和APF的系统设计[J].电力自动化设备，2011，31（5）：4952.
[4]徐群伟，钟晓剑，胡健，等.基于误差迭代PI和改进重复控制的APF补偿电流控制[J].电力系统自动化，2015，39（3）：299305.
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