基于单周控制的新型有源电力滤波器

基于单周控制的新型有源电力滤波器 钱挺黄植宏胡进吕征宇浙江大学电气工程学院 2003.11

1.引言 • 电网谐波污染日益受到关注.有源滤波器(APF)与功率因素校正(PFC)已成为电力电子学研究热点之一.PFC需要对产生谐波的电力电子装置本身进行改造,调节其功率因数;APF可以直接与设备相连接,通过谐波抽取与注入来抑制谐波.经典的APF需要较复杂的控制,电路成本较高.

单周控制有源滤波器(UCI-APF)是谐波补偿的新方向.与常用的APF相比,UCI-APF控制方法简便、采样通道少、电路成本低,可调节功率因数接近1,故在中小功率场合有推广价值. 经典的UCI-APF对电路参数的依赖性非常大.当控制电路积分参数出现偏差或浮动时,主电路上的进线电流将引入直流分量.这严重阻碍其推广应用.

2.UCI-APF工作原理及直流分量问题 • 设有源滤波器开关频率为fs=1/T，全桥部分工作在两个状态：当0<t<DT时，M1、M4导通，当DT<t<T时，M2、M3导通。考虑到开关周期T远小于工频周期,一个开关周期内电感电流基本不变,根据电感伏秒平衡原理,可得到:

单周控制有源滤波器的控制目标是消除谐波并调节功率因数接近1，因此当有源滤波器有效工作时，网侧电流波形跟踪电压波形，整个系统能够等效为线性负载（等效阻抗为Re），即：单周控制有源滤波器的控制目标是消除谐波并调节功率因数接近1，因此当有源滤波器有效工作时，网侧电流波形跟踪电压波形，整个系统能够等效为线性负载（等效阻抗为Re），即：由上面分析可得到: 其中由于一个开关周期内,Vm基本不变,2DVm可以通过对Vm积分得到

由上面分析可见,控制方程可由单周控制的方式实现,但要求积分速度非常精确.单周控制是一种非线性的占空比调制方式,其目的是在一个开关周期内使开关变量的平均值与参考值相等.在UCI-APF中,此开关变量为Vm,参考信号为Vm-Rs*is.相应的电路结构如图由上面分析可见,控制方程可由单周控制的方式实现,但要求积分速度非常精确.单周控制是一种非线性的占空比调制方式,其目的是在一个开关周期内使开关变量的平均值与参考值相等.在UCI-APF中,此开关变量为Vm,参考信号为Vm-Rs*is.相应的电路结构如图

控制目标方程的实现要求积分时间参数必须非常精确,但在实际电路中由于需要考虑偏差、老化、时漂、温漂等因素,这一要求很难精确实现. 当积分速度偏大时,积分时间变少,开关占空比下降，电流is将在工频周期的正半周期偏大，而负半周期偏小，存在直流分量。积分速度偏小时同样存在直流分量。

电流直流分量的存在会引起继电保护装置的误操作，并容易导致变压器饱和，其危害不容忽视。而积分时间常数的漂移会导致系统工作不稳定。电流直流分量的存在会引起继电保护装置的误操作，并容易导致变压器饱和，其危害不容忽视。而积分时间常数的漂移会导致系统工作不稳定。 How to solve it ?

3.UCI-APF的直流分量抑制策略 • 针对上面所述的直流分量的产生机理，如果将电流直流分量负反馈，对开关占空比进行补偿，稳态情况下可以将直流分量调至零。负反馈可由电流积分得到。

如图为采用直流分量抑制策略的单周控制有源滤波器。稳态时新增的闭环措施可将电流直流分量调节为零。如图为采用直流分量抑制策略的单周控制有源滤波器。稳态时新增的闭环措施可将电流直流分量调节为零。

4.实验结果及结论 • 根据上图原理得到实验结果。其中实验用的非线性负载是：

(2) (1) 垂直：2A/格水平：5ms/格双环情况下的电流波形,输入电压220v。垂直：2A/格水平：5ms/格单环情况下的电流波形,输入电压180v。图(1)波形可见电流存在直流分量，图(2)用直流分量抑制的双环策略后得到的波形成功消除了电流直流分量，达到谐波补偿的目的。

由以上分析和实验可见，直流分量反馈能有效克服参数误差影响，消除电流直流分量。新策略无需增加采样环节，保持了UCI-APF结构简单的优点。由以上分析和实验可见，直流分量反馈能有效克服参数误差影响，消除电流直流分量。新策略无需增加采样环节，保持了UCI-APF结构简单的优点。

END • 谢谢！

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