文档介绍：高性能电流控制器在有源电力滤波器的谐波补偿
摘要:一种新的选择性谐波补偿电流控制方案被应用在并联型有源功率滤波器上。该方法采用了一组谐振电流控制器,其中一个是为了基础需要,一个用于每个谐波,为了对基本参照帧中实现,以减少整体的计算工作。所提出的控制器的设计是基于零极点对消技术,同时考虑到在各次谐波的频率的负载的传递函数。两种设计方法被提供,这使得控制器的传递函数可以超越频率响应。电流控制器实现了所有各次谐波控制器的叠加。整个闭环控制的频率响应在过滤目标上是最佳的,即,系统提供了良好的整体稳定性和优异的选择性对感兴趣的谐波。,表明电流总谐波失真系数从34%减少到2%,而最高的谐波补偿在第37次谐波电流。
关键字:有源电力滤波器(APFS),电流控制,谐波补偿,选择性控制器。
1,引言
电能质量已成为一个研究课题在配电系统中,由于非线性负载,整流器,开关电源,和其他线路连接的电源转换器,扩散所造成的谐波污染显著增加。电网络中的谐波污染导致电压失真,额外的损失和电气设备的发热,扰动力矩,电机的振动和噪音,在电机,敏感设备的故障和失败,共振和电子设备干扰,设备过早衰老,振动及噪音。
有源功率滤波器(APFS)是一种电力电子器件对电力系统进行调理。在大多数情况下,APFS主要是为电流或电压的谐波补偿或隔离而设计。某些拓扑结构可以执行附加的功能,如无功功率补偿或电压调节。在1970年提出了APF的补偿原则,电力电子技术的显著发展使工程师能够将APF在今天得以现实[1] - [3]。独立的APFS两个基本的配置,无论是有源或无源的都涉及:串联和并联过滤器。将一个有源和一个无源的过滤器组合后被作为混合滤波器[4]。图中1所示的并行拓扑,是公认的具有成本效益的解决方案,在中低功率谐波补偿系统中。它具有结构和建造简单,类似PWM电压源逆变器,与一个大的直流链路电容器通过一个电感连接到线。
图1、并联型APF拓扑结构框图
由于非正弦电流一定会产生,使并联型APF的控制成为一项艰巨的任务。大体上,APF控制包括三个阶段:信号测量和调节、谐波检测、控制。目前APF控制已经开发了众多的解决方案。这些大都采用不同的结构如固定的、基本的或谐波来实现过滤器的电流控制。固定的参考框架的电流控制包括:滞环控制【5】,【6】,无差拍控制【7】,和线性等效选择性谐波补偿的PI控制【9】。基本结构的电流控制包括:线性PI电流控制【5】,滑模控制【8】。多台控制器的比较[5]揭示在固定结构条件下滞环控制器比无差拍控制器有优势,在基本结构条件下比PI控制器有优势。
选择性APF谐波用参考结构框架控制,其中每个谐波的检测和控制有其自己的基准结构,似乎这是最高效的方法。该方法的计算时间是昂贵的,但结果控制的性能是良好的。控制器可以在谐波的参考结构中实现,即固定结构用固定结构广义集成[9]或基于重复的控制的控制【10】,或者是基本就够通过等效PI控制器来实现【11】,【12】。
本文是基于选择性谐波控制的APF基本参考框架中实现的。除了现有的解决方案,假定PI控制器,在谐波框架上是最好的选择[12],该方案确定了控制结构零极点对消的基础上的设计方法,同时考虑到荷载传递函数具有复杂系数。用这种方式,得到一个新的和更好的,控制器的传递函数。基本构架中实现,该控制器为整个控制回路的谐振带通滤波器提供频率响应,其通带内具有很好的选择性和显着衰减。本文为电流控制器提出了两种设计方法,并执行控制回路的频率响应分析。-千伏安APF实验而验证。采用这种策略,的线电流的总谐波失真(THD)因素已经从34%降低到不到2%,最高补偿谐波电流的第37次。
2,APF电流控制策略
a,APF控制结构
并联型APF具有一个三相PWM功率转换器通过一个约为功率滤波器5%的电感连接到电力系统上。直流链路存储组件是一个电容器,通常比标准的功率逆变器的值较大。该过滤器作为一个谐波电流源,注入的线路具有相同的振幅和相反的相位的负载的高次谐波电流的谐波电流。正在考虑的非线性负载是典型前端的三相整流无论是电流源或电压源的直流母线电路中使用的工业交流驱动器。本文假定只有三相系统。这种类型的负载产生非正弦电流,与典型的THD因数从30%,因电流源负载,高达130%,因电压源的负载。这种典型类型的电流谐波频谱的事实,即仅包含边带和6的基本频率的倍数,其谐波频谱只包含谐波的次数为
,其中次谐波是正序,次谐波是负序。
提出的APF控制框图示于图, 2。此方案使用线电流测量来检测的谐波电流以进行补偿,并用过滤器电流测量来控制过滤器电流。这种拓扑结构被称为前馈拓扑,于其相对的反馈拓扑结构使用的是负载电流测量。
图2