基于单周控制四桥臂三相四线制有源电力滤波器的研究

有源电力滤波器是一种用于抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。它通过实时检测电网谐波和无功电流，然后产生与之大小相等、相位相反的补偿电流，进行实时补偿。有源电力滤波器可实现对谐波和无功的动态补偿，其补偿特性不受系统阻抗的影响，具有响应快、可控性高、自适应性强等优点。 本文对现有的有源电力滤波器的各种主电路拓扑、畸变电流检测和电流跟踪控制方法进行了分析。有源电力滤波器的补偿性能很大程度上取决于对畸变电流的实时、准确检测和变流器输出电流的控制策略。目前畸变电流检测常用的方法有频域法的FFT和基于瞬时无功理论的畸变电流检测法。这些方法均有一定的变换，需要快速、实时运算，因此必须使用高速的数字微处理器和高性能A/D转换器，这必将大大提高系统成本，使得电路结构复杂，在一定程度上限制了有源滤波器的发展。而有源电力滤波器常用的控制方法为三角波调制、滞环控制和定时控制等常规的PWM控制法，这些方法均存在一定的不足。因为有源滤波器存在这些不足，使它的推广应用在一定程度上受到限制。 单周控制法是一种非线性控制法，它通过控制开关占空比，使在每个周期内开关变量的平均值与控制参考信号相等或成一定比例，从而消除稳态和瞬态误差。单周控制法具有响应快、抗电源干扰和控制电路简单可靠等优点。 本文是结合导师研究课题完成的，得到了国家自然科学基金资助（国家自然科学基金项目：单周控制理论及其在电力谐波治理中的应用，编号：60172009）。本文在研究单周控制理论的基础上，将单周控制用于四桥臂三相四线制有源电力滤波器，通过分析其开关周期平均模型，推导出它的控制方程。基于控制方程的最简解，建立了单周控制四桥臂三相四线制有源电力滤波器的电路模型。单周控制三相四线制有源电力滤波器不需要检测三相负载电流和三相电源电压，不需要检测谐波和无功电流，也不需要使用任何乘法器。控制器由几个带复位积分器，几个触发器、比较器和一些模拟器件组成，控制电路简单、可靠，容易实现。主电路开关频率恒定，容易推广到工业和工程实际应用。基于电路模型用PSIM仿真软件对多种负载进行了仿真，仿真结果表明单周控制三相四线制有源滤波器能有效地补偿系统谐波、零序和无功电流，具有较好的补偿性能。