有源濾波器的研究現(xiàn)狀綜述

摘 要：由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)迅速的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的諧波危害也日益嚴(yán)重，為了有效的抑制諧波提高電能質(zhì)量，電力有源濾波器APF應(yīng)運(yùn)而生，它可以有效的對(duì)無功功率和頻率、幅值均變化的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償。目前，APF已經(jīng)成為電力電子技術(shù)中的一個(gè)重大研究課題。本文介紹了有源濾波器的基本工作原理、諧波電流檢測(cè)方法及補(bǔ)償電流控制方法、主電路類型等。

關(guān)鍵詞：

1 有源濾波器的基本工作原理

為電力有源濾波器的原理框圖，它主要由兩大部分組成，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路。其中補(bǔ)償電流發(fā)生電路由三部分構(gòu)成，電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路三部分構(gòu)成。

指令電流運(yùn)算電路的主要作用是，從負(fù)載電流iL中分離出的基波無功電流和諧波電流，將諧波電流反極性作用，然后發(fā)出補(bǔ)償電流指令信號(hào)。電流跟蹤控制電路的主要作用是，根據(jù)指令電流運(yùn)算電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，計(jì)算出主電路中各功率開關(guān)器件的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)主電路工作，產(chǎn)生實(shí)際補(bǔ)償電流，因此電源電流iS中只含有基波電流有功分量，從而達(dá)到抑制和消除電網(wǎng)中的諧波電流與進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

如上所述，電力有源濾波器的控制的關(guān)鍵，主要是指令電流的運(yùn)算即諧波電流的產(chǎn)生和跟蹤補(bǔ)償電流的產(chǎn)生。

2 有源濾波器的諧波電流檢測(cè)方法

諧波電流 產(chǎn)生的方法主要有以下幾種：

⑴基于頻域運(yùn)算的方法：它的基本思想是用頻域?yàn)V波的方法，首先把基波電流分量和諧波電流分量從負(fù)載電流中分離出來，然后再通過計(jì)算方法把基波分解為基波有功電流分量和基波無功電流分量[2]。其缺點(diǎn)是附加相移較大。另外，電網(wǎng)頻率的波動(dòng)和電路元件參數(shù)對(duì)其濾波器特性影響較大，所以此種方法目前以較少采用[1，2]。

⑵基于瞬時(shí)無功功率的空間矢量法：基于瞬時(shí)無功功率理論的p-q法、ip-iq法以及d-q法等空間矢量法，是目前三相APF中最廣的一種諧波電流檢測(cè)運(yùn)算方法。其中應(yīng)用最早的是p-q法，但它僅適用于無畸變的對(duì)稱三相電網(wǎng)；而ip-iq法對(duì)電源電壓波形畸變和三相不對(duì)稱電網(wǎng)均適用；d-q法不但適用于有畸變的不對(duì)稱三相電網(wǎng)，而且還簡(jiǎn)化了三相對(duì)稱電網(wǎng)無畸變情況下的指令電流運(yùn)算[1]。

⑶自適應(yīng)檢測(cè)法：該方法利用自適應(yīng)干擾抵消原理，從負(fù)載電流中消去與電壓波形（作為參考輸入）相同的有功電流分量，從而得到所需的補(bǔ)償電流指令值。其突出優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)電網(wǎng)電壓波形的畸變與參數(shù)變化及頻率的偏移，具有比較好的自適應(yīng)調(diào)整能力，但其缺點(diǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。后來又提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)檢測(cè)法[1，2]。

⑷基于現(xiàn)代控制理論的方法：基于P-I控制器的方法被最早應(yīng)用，但因不能跟隨電網(wǎng)及負(fù)載的變化，后來又相繼提出了基于模糊控制和基于滑模變結(jié)構(gòu)控制等現(xiàn)代控制理論方法。

從以上檢測(cè)方法來看，基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流檢測(cè)法簡(jiǎn)單易行，性能良好，并已趨于完善和成熟，目前占主導(dǎo)地位。基于自適應(yīng)干擾抵消原理的自適應(yīng)閉環(huán)檢測(cè)法等新型檢測(cè)法是否能應(yīng)用于工程實(shí)際，還在進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。

3 有源濾波器的補(bǔ)償電流控制方法

⑴三角載波線性控制方式。是一種最簡(jiǎn)單的開環(huán)控制方法。它將指令電流 與實(shí)際補(bǔ)償電流ic的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)，然后把放大后的Δic與三角載波相比較，從而得到逆變器的PWM信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，電路簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是開關(guān)損耗較大 [1]。

⑵滯環(huán)比較控制方式。該方法是在具有滯環(huán)特性的比較器中輸入指令電流 與實(shí)際補(bǔ)償電流ic的差值，然后用比較器的輸出信號(hào)來控制PWM逆變器的功率開關(guān)器件。與第一種控制方式相比，該方法優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)損耗小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，其缺點(diǎn)是開關(guān)頻率變化較大，容易引起開關(guān)噪聲與脈沖電流[1]。

⑶無差拍控制方式。該方法是一種數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)的控制方法。它利用第k時(shí)刻的指令值和實(shí)際值，根據(jù)SVM理論計(jì)算出逆變器第k+1時(shí)刻的PWM信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于微機(jī)實(shí)現(xiàn)。但缺點(diǎn)是計(jì)算量大[1]。

以上控制方法中，基于模擬控制技術(shù)的三角載波線性控制法和滯環(huán)比較控制法是目前有源電力濾波器普遍采用的方法，可以通過多重化技術(shù)、自適應(yīng)滯環(huán)等改進(jìn)措施來克服固有的缺陷，提高其使用效率。基于全數(shù)字化控制技術(shù)的無差拍控制法隨著數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）運(yùn)算速度的不斷提高也將在有源電力濾波器中得到廣泛的應(yīng)用。近年來提出的基于滑模變結(jié)構(gòu)控制及單周期控制等的非線性控制方法具有良好的應(yīng)用前景，但在各種負(fù)載條件下的補(bǔ)償特性尚需進(jìn)一步研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳正國(guó).電力有源濾波技術(shù)[J].通信電源技術(shù).2001（4）：11-14.

[2]祖謙.電力有源濾波技術(shù)研究[D].[碩士學(xué)位論文].遼寧：東北大學(xué).2006.

[3]鄧劍琪.電力有源濾波器控制策略的研究[D].[碩士學(xué)位論文].上海：上海交通大學(xué).2004.

[4]李家坤，李生明.有源電力濾波器技術(shù)的探討[J].長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2008（2）：52-55