有源电力滤波器谐波及无功电流检测的不必要性(一)

从并联型有源电力滤波器(APF)直流侧电容电压以及APF电流的双闭环控制角度出发,分析和探讨了谐波及无功电流检测对APF补偿精度的影响.结果表明谐波及无功检测信号只不过是电容电压闭环系统中的一个前馈补偿信号,其存在不但不能提高反而影响谐波及无功的稳态和动态补偿精度.通过进一步研究和比较负载电流突变时APF补偿电流的跟随性能,得知谐波及无功检测信号对提高APF跟随负载有功电流分量突变能力的作用也十分有限,因此认为经典APF的谐波及无功检测是不必要的.     

有源电力滤波器的双环模糊自适应PI控制

有源电力滤波器(APF)的直流侧电压稳定、补偿电流准确跟踪对APF的补偿效果起着至关重要的作用。针对非理想情况下APF精确数学模型难以获得,传统比例积分(PI)控制器参数难以整定,导致系统动、静态性能差,电网谐波电流补偿效果不理想的问题,给出一种电压电流双环模糊自适应PI控制策略,实现APF直流侧电压PI控制器和补偿电流PI控制器参数的自适应调节,弥补了APF在实际应用中采用传统PI控制器参数整定困难,自适应能力不足的缺陷。仿真和实验结果表明:该控制策略下系统具有的良好的动、静态性能,以及较好的谐波电流补偿效果。     

并联有源电力滤波器新型控制策略仿真研究

三相三线并联有源电力滤波器(APF)能够实时地补偿谐波电流和无功电流。控制器作为APF的核心部件,它的性能好坏直接影响到APF的补偿效果。而影响控制器动态性能的关键因素是控制算法。考虑到APF的数学模型在dq 坐标系下,是一个非线性耦合系统,首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦,构造出伪线性系统。然后,再运用变结构控制,设计出这个伪线性系统的变结构控制律。最后,建立了APF的仿真模型对其进行仿真试验。试验结果表明,基于此控制策略设计出APF的控制器能使有源滤波器具备良好的补偿效果。     

三相角型APF补偿电流参考值计算方法

在角型有源滤波器(active power filter,APF)补偿电流参考值提取过程中,对谐波补偿电流提取的动态响应和精度要求高,基频补偿电流需要与网侧线电压正交。针对这2个问题,以无功补偿导纳网络理论为基础,推导角型APF的基频补偿电流参考值与三相负荷电流的变换关系。在此基础之上,提出了补偿电流参考值的计算方法。该方法利用广义瞬时无功理论,并结合滤波器的运用,从三相电流中提取补偿电流参考值。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

基于瞬时无功功率理论谐波检测算法的优化

三相四线制并联有源电力滤波器(APF)能实时补偿谐波电流和无功电流,控制器算法作为APF的核心部分,其性能优劣直接影响到APF的补偿效果,而影响控制器性能的关键因素是谐波检测算法和谐波补偿算法。为此首先对不平衡系统中p-q算法存在的问题进行改进,并增加直流侧电压控制的PI调节,然后在dq坐标系下经过Clark-park逆变换,得到与系统谐波相对应的谐波补偿电流,最后用Simulink仿真软件建立APF的仿真模型进行仿真试验。结果表明,基于此控制策略设计出的APF谐波检测更加准确,对系统谐波具备更好的补偿效果。     

电源电流正弦化的降低APF容量控制策略

针对三相有源电力滤波器(APF)应用于电源畸变环境下降低容量问题,分析了APF的补偿目标,通过对电源电压进行基波正序分解,得到基波有功功率及基波无功功率,并得了APF的补偿电流,提出电源电压基波正序的电源电流正弦化补偿策略,在电源畸变条件下准确获取了补偿除基波有功功率和基波无功功率之外其他功率的补偿参考电流,减少了APF的总电流和自身损耗,实现APF容量降低。仿真结果验证了所提控制策略的正确性及有效性,对传统低压配电网络电力滤波改造提供了一定的参考。     

并联有源电力滤波器新型控制策略仿真研究

三相三线并联有源电力滤波器(APF)能够实时地补偿谐波电流和无功电流.控制器作为APF的核心部件,它的性能好坏直接影响到APF的补偿效果.而影响控制器动态性能的关键因素是控制算法.考虑到APF的数学模型在dq 坐标系下,是一个非线性耦合系统,首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦,构造出伪线性系统.然后,再运用变结构控制,设计出这个伪线性系统的变结构控制律.最后,建立了APF的仿真模型对其进行仿真试验.试验结果表明,基于此控制策略设计出APF的控制器能使有源滤波器具备良好的补偿效果.     

有源电力滤波器仿真研究

叙述了有源电力滤波器APF(Active Power Filter)的基本原理,分别介绍了组成APF的谐波和无功电流检测电路、补偿电流发生电路的构成和功能,在此基础上,介绍了常用的APF的谐波和无功电流检测方法、补偿电流控制方法和直流侧电压控制方法。为了验证APF的补偿功能同时加深对其控制方法的认识和理解,用Matlab 6.5/Simulink下的SimPower Systems Blockset对整个三相并联电压型APF系统进行了仿真研究。仿真结果表明,电压空间矢量脉宽调制SVPWM(Space VectorPulse Width Modulation)控制的APF能对负载电流中的谐波和无功分量进行快速精确的补偿。     

有源电力滤波器的死区效应定量分析

有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)是一种动态抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子装置,其输出的电流中含有丰富的谐波成份.APF主电路中的功率器件不可避免地存在死区时间,这将极大地影响APF输出的谐波电流,从而对APF的补偿性能产生消极影响.以三相电压型PWM变流器为研究对象,简要分析并联型APF的工作原理.在此基础上,详细研究了死区时间的产生机理和效应,并通过数学推理定量分析了死区时间的存在对补偿性能的影响,并通过试验证明了数学推理的正确性,最后提出了死区补偿的措施.     

容错型三相四开关有源电力滤波器及其控制策略

有源电力滤波器(APF)多基于三相六开关拓扑,为提高其运行可靠性,提出一种基于元件冗余的三相四开关容错型APF。针对三相六开关APF的故障判别,应用功率器件承受电压变化识别桥路开路故障;研究了基于谐波检测APF补偿算法与控制电源电流跟踪电网电压APF补偿算法的关系,指出容错型APF切换控制中更适合采用电源电流直接跟踪补偿算法;在三相四开关APF数学模型基础上,研究了直流母线中点偏移对三相四开关APF补偿性能的影响,提出一种直流中点电压差值前馈补偿方法。扩展了配置直流侧储能的情况下,容错型APF的有功调节实现方法;设计了APF容错控制切换策略和硬件实现的电流滞环跟踪控制电路,在建立的三相四开关APF平台上,实验验证了所提方法的有效性。     

并联有源滤波器两步预测控制方法研究

针对并联有源滤波器(APF)一步预测控制方法存在的补偿误差较大等问题,在详细分析数字控制方式下APF电流跟踪特性的基础上,提出了一种两步预测控制方法,该方法通过对参考电流在当前采样时刻准确预测出下两个采样时刻的数据来建立APF的参考电流轨迹,以此为基础推导了APF补偿电流对参考电流轨迹跟踪的最优控制律;针对补偿电流变化率较大时刻的跟踪问题,在两步预测控制的基础上结合基于重复控制的反馈校正来减小补偿的稳态误差。理论分析表明,与一步预测控制方法相比,两步预测控制方法能进一步有效减小APF补偿的误差。仿真和实验结果验证了所提出控制方法的有效性。     

补偿电压型谐波源的混合型APF研究

串联型APF适合于补偿电压型谐波源,但其变压器体积大、绝缘水平高,且控制增益的最优值选择困难。为补偿电压型谐波源,本文提出了一种由并联型APF和电感电容构成的混合型APF。其中电感电容串联在电网与谐波源之间并谐振于工频,实现了对基波电流的无衰减传播和对谐波电流的高阻抗隔离;进入电网的残余谐波电流以及由于参数波动引起的基波电流损失由并联型APF补偿。理论分析与仿真结果表明：该混合型APF的控制方式简单,经济性和补偿效果均好于串联型APF,应用前景广阔。     

多电平APF特定次谐波与预测电流控制策略研究

有源电力滤波器(APF)的动静态性能,与谐波补偿控制策略有密切联系。为了提高APF的补偿性能,此处提出一种特定次谐波控制策略与预测电流控制策略相结合的多电平APF控制策略。其中,特定次谐波控制策略主要补偿谐波含量较大的低频特定次谐波,并实现单次谐波补偿;预测电流控制补偿其余谐波及补偿不平衡电流。基于特定次谐波与预测电流的多电平APF控制策略小功率实验结果表明特定次谐波控制策略和预测电流控制策略可显著降低补偿后的网侧电流谐波畸变率,并可补偿不平衡电流。     

多台并联型APF联合补偿协调控制

针对大容量有源电力滤波器(active pow er filer,APF)实际应用困难,从参考电流角度提出截断限流策略,确保多台APF联合运行的安全可行。根据APF补偿极限,提出补偿容量按比例分配的原则,达到大容量APF多补偿,小容量APF少补偿的目标。设计了由上层控制器进行协调控制的APF投切控制策略,保证能根据实际负荷谐波电流投切APF。最后,通过大量的仿真验证了截断限流补偿和补偿容量按比例分配的有效性,以及协调控制策略在多台APF联合运行中的可行性。     

并联型有源电力滤波器限流补偿策略研究

分析了系统突变情况时并联型有源电力滤波器(APF)发生过流的状况,从参考电流角度提出了截断限流和比例限流2种控制策略。前者将原参考补偿电流作比较限幅处理,得到新的参考电流;后者比较上周期参考补偿电流及APF最大允许补偿电流,得到一比例系数,参考该系数,得到本周期内新的参考电流。这2种方案都只对参考电流进行处理,控制实现简单,能充分利用APF的补偿能力,使小容量APF可安全运行于大谐波容量的系统中。就实现的复杂性、安全性及补偿效果而言,前者优于后者。最后,通过仿真研究验证了2种方案的可靠性和有效性。     

有源电力滤波器抑制谐波的机理分析

研究了中低压电网中由非线性负载产生谐波的机理，提出所有由非线性负载直接引起的谐波是电流谐波，因而治理非线性负载引起的谐波应首先考虑治理谐波电流。同时，从补偿和滤波两种思想出发，指出并联型谐波补偿有源电力滤波器(APF)的补偿作用和串联型基波补偿APF的滤波作用可适用于非线性负载谐波电流的抑制。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

单周控制的直流侧有源电力滤波器及其补偿特性研究

针对整流桥谐波源负载,笔者通过对其电压型谐波源和电流型谐波源的谐波特性分析,指出DC侧并联型APF补偿电压型谐波源的不足,进而研究其对偶拓扑结构——DC侧串联型APF。对两种DC侧APF进行了单周控制理论实现和补偿特性效果比较。结果表明:DC侧并联型APF适合补偿电流型谐波源,DC侧串联型APF更适合补偿电压型谐波源,从而验证了理论分析与单周控制实现的正确性。     

基于自适应理论的FBD法在有源滤波器中的应用

为了更好地进行谐波、负序和零序电流的补偿与控制,针对有源电力滤波器(APF)中谐波电流检测方法进行深入研究,提出一种基于自适应原理的FBD谐波电流检测新方法。首先分析了传统FBD算法检测谐波电流的原理,该算法因受限于低通滤波器,影响了谐波电流的检测精度与速度;然后分析了FBD算法和自适应谐波电流检测算法的结构,二者结构具有相似性,提出使用自适应补偿调节内核LMS算法取代FBD检测算法中的低通滤波器;最后分别将改进的FBD法与传统的FBD算法应用于APF中进行工程试验测试。试验结果表明所提改进算法在APF应用中具有可行性及有效性。     

并联型有源电力滤波器输出电感选择的新方法

并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)交流侧输出电感是连接APF与电网的桥梁,直接影响补偿电流的动态性能,对有源滤波器的补偿特性起着决定性作用。针对电压源并联型有源电力滤波器电感注入电路的拓扑,提出一种严格的基于谐波电流分析的并联型APF输出电感值确定方法。它能根据补偿目的的不同准确计算出最优的电感值。通过对电力系统中广泛存在的非线性整流负载的仿真,验证了该方法的正确性和可行性。     

基于有源电力滤波器和晶闸管投切电容器的混合补偿系统的研究

为了降低有源电力滤波器(APF)的容量,同时有效消除电网谐波电流并提高功率因数,提出了APF加晶闸管投切电容器(TSC)的混合补偿系统。分析了该混合补偿系统的主电路结构和工作原理。通过对比试验研究证明,该混合补偿系统不仅可显著提高电网功率因数,而且能有效消除非线性负载产生的谐波电流,具有较好的实用价值。