有源电力滤波器电流环无静差控制策略研究

有源电力滤波器电流环无静差控制策略研究

刘坤;马云峰;季涛

【摘要】本文对传统的电流环复合控制器的检测误差进行了理论分析,指出了检测负载侧电流的局限性,设计了基于传统PI控制和指定谐波指令相结合的电流控制器。该控制器基本上可以做到谐波指令的无静差跟踪,具有良好的补偿性能,克服了传统

检测负载侧谐波电流时PI控制器的缺陷,而且具有传统检测负载侧谐波电流的灵活性。即使负载谐波电流高于有源电力滤波器的容量,该控制策略也能够总体上无静

差输出,具有一定的理论意义和工程应用价值,理论分析和仿真验证了此种新型控制

策略的正确性和有效性。%The paper analysis the the theoretical details about the detect error of the traditional current loop complex controller,and points the current limitation of the detection load side,this paper raises a current controller which bases on both the traditional PI controller and the specified harmonic instruction,this controller can basically track the harmonic instruction by the way of zero-static-error,with good compensation performance,this controller overcomes the defects of PI controller when detecting the load side harmonic current in traditional ways and is flexibility.Even if the harmonic current of the load go beyond the capacity of active power filter,it can output the current zero-static-

error by using this strategy.This new control strategy has some theoretical significance and value in engineering,its correctness and effectiveness has already been verified by theoretical analysis and simulation.

【期刊名称】《潍坊学院学报》

【年(卷),期】2012(000)002

【总页数】7页(P6-12)

【关键词】有源电力滤波器;电流环;复合控制;静差

【作者】刘坤;马云峰;季涛

【作者单位】山东轻工业学院,山东济南250353;潍坊学院,山东潍坊261061;潍坊学院,山东潍坊261061

【正文语种】中文

【中图分类】TP273

随着工业现代化进程的发展，电力系统中非线性负载不断增加，电网谐波污染日趋严重，谐波已成为影响电能质量的主要因素之一。有源电力滤波技术作为治理谐波最有效的手段，成为研究与开发的热点。目前有源电力滤波器的研究主要集中在以下几个方面［1－2］：高精度谐波实时检测和信号处理、输出电流快速跟踪控制、高功率因数变流技术以及主电路拓扑结构和非线性参数设计等。

有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和大小变化的谐波和无功进行补偿，是一种理想的补偿谐波装置［3］。和无源电力滤波器相比具有高度可控制和快速响应特性，能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，并且其特性不受系统影响，无谐波放大，相对体积重量较小等突出优点。

检测负载电流的控制方式是最基本，也是通常使用的一种控制方式，电流检测采样点位于补偿点之后，有源电力滤波器的指令电流运算电路的输入信号是来自的负载

端电流。对参考电流和反馈信号进行比较获得电流误差，然后通过PI控制器对该

误差进行调节。对于有源电力滤波器（APF）控制系统最重要的是电流环控制器的设计，PI电流控制器在同步旋转坐标系中针对双环控制结构的CVCF逆变电源和

高频PWM整流器是一种有效的方式，在同步旋转坐标系下基波信号转换为直流

信号，对于PI控制器而言，输入直流信号时其带宽是无限的。但对于有源电力滤

波器而言，其参考和反馈电流有很多次谐波叠加而成，要有效地跟踪控制这些谐波，PI调节器带宽远远不够，即使增大P参数加大带宽，效果也十分有限，另外P参

数的增大还可能导致系统不稳定，因此需要考虑新的控制方法提高系统的稳态精度。基于以上问题，本文设计了基于传统PI控制和指定谐波指令相结合的电流控制器

结构。

1 APF描述及传统控制方式

三项并联有源滤波器系统结构如图1所示，图中us表示交流电网电压，负载为谐波源，它产生谐波电流并消耗无功功率。有源电力滤波器系统由两大部分组成，即谐波和无功电流检测电路和补偿电流发生电路（由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成），主电路为PWM变换器。由RCL组成的高通滤波器主要

用来滤除开关噪声附近的开关纹波电流。

根据有源电力滤波器采样电流位置不同，主要有以下控制方式［4－5］：①检测

负载侧电流控制方式：电流检测点位于补偿点之后，指令电流检测来自负载电流。由于PI控制器电流环带宽有限，不能很好的实时跟踪电流指令，补偿误差较大。

②检测电源侧电流控制方式：电流检测采样点位于补偿点之前，指令电流检测来自电源电流。选择适当的校正环节可以很好地抑制并联谐振，为了获得良好的补偿特性，校正环节要求有比较大的放大倍数以增大系统的开环增益，但过大的放大倍数可能造成闭环系统不稳定，而且适合于APF必须能够全部补偿负载侧产生的谐波

电流，限制了有源电力滤波器的使用。