LCL型APF控制新方法

危水根+王斌+劉斌+孟艷潁

摘 要：LCL濾波器可減小電感量并有對高頻諧波電流更好的衰減效果，但是一直存在諧振問題。在有源電力濾波器中，本文在通過引入網側電感電流控制環作為逆變側電感電流給定的有源阻尼方法的基礎上，針對諧波電流特性加入諧振控制器，在抑制LCL諧振的同時，有效的補償了電網中的諧波電流，最后通過仿真驗證了該方法的可行性。

關鍵詞：LCL濾波器；有源電力濾波器；諧振控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.184

1 引言

在LCL逆變系統中，引入網側電感作為逆變側電感電流的給定可以有效的抑制LCL系統諧振，然而在有源電力濾波器中，由于逆變側電流需要跟蹤諧波電流，使控制器的設計變得更加復雜。

2 引入網側電流修正的策略

引入網側電感電流修正的有源阻尼控制方法控制框圖如圖1所示，其中G1為電感電流修正環控制器，G2為逆變側電流控制器，i2corr為所引入的網側電流修正量。

由圖1可推導出i1到i*的開環傳遞函數，表示為

3 APF中網側電流修正控制分析

APF控制的電流為諧波電流，傳統的PI控制器作用有限[8]。在高頻段比例積分控制器的增益有限，而選取過大的增益雖然可以在一定程度內減小系統穩態誤差，但容易使系統失穩。

比例諧振控制器的數學表示為：

其中，Kp為比例系數，ω0為諧振頻率，Kr為諧振系數。

眾所周知非線性RCD負載產生的諧波頻率主要為市電的6K????±1次，其中6K+1次為正序分量，6K-1次為負序分量。通過坐標變換使正序分量轉換到dq軸上次數減1，而負序分量加1，故在dq軸上設計6K次諧振控制器。

令：

針對有源電力濾波器，在引入網側電流修正環增加系統阻尼的基礎上，引入6K次諧振控制器增加dq軸諧波頻率處增益，引入后式（2）的波特圖如圖2。

4 仿真與實驗驗證

仿真驗證。

依據上文分析畫出系統的控制結構結構框圖如圖3所示。在simulink搭建了LCL型有源濾波器仿真，仿真中的主要參數與上文參數一致，三相二極管整流電路阻感負載，參數為：R=5Ω，L=1mL。

將內外環均設計為針對5、7、11和13次諧波的比例諧振控制器，補償后的電網電流波形如圖4所示。

5 結論

LCL濾波器在源電力濾波器系統中能有效的高頻紋波進行衰減。本文針對LCL型有源電力濾波器，引入網側電流修正環，在抑制LCL系統的諧振的同時結合諧振控制器改了APF輸出電流諧波補償效果。最后，本文通過仿真驗證了所得結論的正確性。

參考文獻：

[1]Chen Z，Luo Y，Chen M.Control and performance of a cascaded shunt active power filter for aircraft electric power system[J].IEEE Transactions on Indstial Electionics，2012，59（09）：3614-3623.

[2]仇志凌，楊恩星，孔杰等.基于LCL濾波器的并聯有源電力濾波器電流閉環控制方法[J].中國電機工程學報，2009，29（18）：15-20.

[3]王要強，吳鳳江，孫力等.帶LCL輸出濾波器的并網逆變器控制策略研究[J].中國電機工程學報，2011，31（12）：34-39.

作者簡介：危水根（1975-），男，江西南昌人，副教授，研究方向：新能源技術等。