三相并联型有源电力滤波器控制方法的研究

非线性负载和各种换流设备的广泛应用,使得电力系统的污染问题变得十分严重,补偿电力系统谐波,改善供电质量成为迫切需要解决的问题。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点,被公认为是综合治理“电网污染”最有效的手段。 论文首先对有源电力滤波技术产生的背景、发展现状以及发展趋势作了详细的阐述,分析了有源电力滤波器的优点及其丰富的功能,除补偿谐波电流外,还可补偿基波无功、平衡三相电压、抑制电压闪变等。分析比较了有源电力滤波器各种补偿电流跟踪控制方法,重点研究了空间电压矢量滞环控制和单周控制这两种控制方法。 与传统的SPWM控制相比,空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)在改善波形质量、减少开关次数、提高直流电压利用率等方面具有一定的优势,并且易于数字化实现。为此,将空间电压矢量控制用于有源电力滤波器补偿电流的滞环控制,α β坐标系下的电流跟踪误差经过两个三电平滞环比较器,比较器的输出结果对电流误差矢量所在的扇区进行快速判断,从而选择最优空间电压矢量,控制APF的补偿电流在给定的滞环范围内跟踪补偿指令电流。 将单周控制理论应用于APF的检测和控制中,简化了APF的结构。推导了APF功率开关占空比必须满足的控制方程,求出了APF主电路的稳态模型,可以用简单的模拟电路实现APF的单周控制。采用单周控制方法的APF的突出优点是:(1)将APF控制目标定为负载电流中的有功分量来导出控制目标方程,不需检测和产生电流参考信号,电路结构简单,补偿性能好;(2)具有很好的稳态补偿特性。由于运用了单周控制理论,输入电流的补偿是在每一个开关周期之内完成的,不存在A/D、D/A转换和运算延时;(3)响应快,因而具有很好的动态补偿性能。 为了验证有源电力滤波器控制方法的正确性,并加深对其控制规律的认识和理解,本文用MATLAB/SIMULINK中的电力系统模块SimPowerSystems Blockset对有源电力滤波器进行了仿真研究,仿真结果表明,基于空间电压矢量电流滞环控制和单周控制的有源电力滤波器都能对三相非线性负载中的谐波电流起到很好的补偿作用,并且与传统的控制方法相比具有一定的优越性。