有源电力滤波器谐波及无功电流检测的不必要性(二)——仿真及实验

在经理论分析得出经典有源电力滤波器(APF)中的谐波及无功电流检测不是必需的结论的基础上,推出经典APF电流控制策略与电源电流直接控制策略之间的等效关系.在经典控制方案基础上,省掉了负载和APF电流检测单元以及谐波及无功电流或基波有功电流运算单元,保留了经典APF中的电容电压控制器和电流控制器,提供了一个廉价而高性能的APF控制方案.最后对基于上述两种控制策略的APF进行了仿真研究,并用电源电流直接控制方案开发了一台单相APF实验样机.仿真和实验结果验证了理论分析的正确性.     

并联型有源电力滤波器电流控制的等效原理

详细分析和论证了基于负载谐波与无功电流检测的并联有源电力滤波器(APF)和基于电源电流直接控制的APF控制方式之间的内在联系,得出二者在电流控制上等效这一重要结论。给出基于上述等效原理的APF新型控制方案,该方案是在传统方案基础上,省掉负载和APF电流检测单元以及谐波及无功电流或基波有功电流运算单元。分析了该方案与传统控制方案之间的关系,结果表明:传统控制方案中的谐波及无功电流检测信号只是APF直流侧电容电压闭环控制前向通道中的一个前馈信号。基于新方案制作了一台单相APF实验样机,实验结果验证了该文结论和所提方案的正确性和有效性。     

无需检测负载有功电流的一种APF无源性控制方法

基于欧拉-拉格朗日(Euler Lagrange-EL)模型的有源电力滤波器(Active Power Filter-APF)无源性控制中将对负载谐波电流的跟踪转换为对系统电源电流的控制,降低了控制器的跟踪难度。针对已有的APF无源性控制文献在设计系统电源电流期望平衡点时需要提取负载有功电流,指出负载有功电流只是APF直流侧电压闭环的一个前馈信号,提出一种改进的无需检测负载有功电流的基于EL模型的APF无源性控制方法,在降低控制器算法复杂程度的同时去掉负载有功电流提取算法中数字低通滤波器(Low Pass Filter-LPF)带来的延时。仿真和实验证明了方法的有效性。     

有源电力滤波器电源电流直接控制改进方法

提出一种改进的有源电力滤波器(APF)的电源电流直接控制方法。通过检测负载电流,利用负载电流检测结果进行前馈补偿校正并提取其中的有功电流作为APF控制器的参考值。同时,通过电网电压前馈和系统解耦,把电源电流直接控制的APF数学模型简化成一阶惯性环节。相对于把负载电流作为干扰不进行检测的电源电流直接控制方法,所述方法的比例—积分控制器在理论上就能做到无静差跟踪,并且具有更好的动态响应。仿真和实验证明了所提方法的优越性。     

单极调制单周控制有源电力滤波器

单周控制单相有源电力滤波器(APF)有双极调制和单极调制2种调制方式。采用双极调制方式单周控制APF补偿后的电源电流中存在直流分量。在阐述单极调制单周控制APF工作原理的基础上,根据开关器件的动作过程,设计了控制器中的逻辑电路;分析了系统的全局稳定条件,从而获得APF交流侧滤波电感的设计依据;最后,利用Matlab软件对系统带非线性负载时的补偿性能进行仿真。仿真结果表明,单极调制单周控制APF能有效补偿非线性负载所导致的谐波和无功电流,补偿后电源电流中不含直流分量;且与双极调制方式相比,单极调制方式在一定程度上降低了开关损耗,是单周控制APF中很有前景的一种调制方式。     

一种新型的串联型有源电力滤波器

提出了一种基于等效电阻概念和功率平衡原理的串联型有源电力滤波器（APF），新串联型有源电力滤波器不需要进行复杂的谐波检测计算，通过简单的控制就可以获得电源电流的参考信号，实现对谐波和无功电流的同时补偿。研制了实验样机，实验结果与理论分析和仿真结果相吻合，验证了所提出控制方法的正确性，并显示所提出的串联型APF对电压型谐波源有良好的补偿特性。     

三相有源电力滤波器控制方法的研究

基于单周控制的三相有源电力滤波器(APF)虽不需谐波检测电路,电路相对简单,但只能同时补偿谐波和无功电流,且要求电源电压无畸变,故有局限性。为此将ip-iq谐波检测法和单周控制方法相结合,利用ip-iq法检测负载电流的谐波和无功分量,以单周控制作为电流跟踪控制方式,推出单周控制方程,基于此的建模和仿真研究结果表明:APF可灵活地补偿非线性负载的谐波和无功电流,且补偿效果良好,有一定可行性。     

单位功率因数与重复预测在APF中的应用

单位功率因数检测法把有源电力滤波器与非线性负载并联等效为电阻性负载,用于谐波检测时准确性高、实时性好。电流跟踪控制采用空间矢量脉冲调制控制策略,通过重复预测环节实现无差拍控制,以提高补偿电流跟踪控制的实时性。在Matlab/Simulink环境下建立三相并联型APF仿真模型进行仿真实验,搭建实验平台并在低压条件下进行实验验证,结果表明单位功率因数谐波检测法及基于重复预测的无差拍控制方案在保证系统稳态精度的同时有效改善了系统的动态响应性能。     

基于MMC拓扑的有源滤波器控制策略研究

为提高大容量有源滤波器(APF)的耐压水平和等效开关频率,提出了一种基于模块化多电平(MMC)的有源滤波器控制方法。该控制方法对APF输出的基波电流采用间接电流方式实现有功和无功的解耦控制,采用基于正序基波提取器的预测谐波电流控制实现对谐波电流的补偿,然后将间接电流方式和预测谐波电流控制方式产生的电压信号作为有APF输出电压的参考值。同时,为克服传统载波相移脉宽调制方式均压控制环节PI控制器繁多的缺点,对载波相移脉宽调制方式做了改进,采用载波相移脉宽调制和电容电压排序均压控制相结合的调制方式。通过Matlab/Simulink对其进行了仿真验证,该控制方法是正确可行的。     

一种改进的单周控制直流侧有源电力滤波器及其稳态和动态研究

文中提出了一种改进的单周控制直流侧有源电力滤波器(DC侧APF)。这种DC侧APF并联在整流桥的直流侧，提供负载需要的谐波电流，使电源电流成为与电源电压同频同相的正弦电流。与传统的单相有源电力滤波器(APF)相比，在不增加开关电压电流应力的情况下，功率开关的数量减少一半，简化了电路结构，降低成本。与传统的两级功率因数校正电路相比，新DC侧APF由于与负载并联，只提供谐波电流，所需处理的功率小、效率更高。新DC侧APF采用改进的单周控制方式，具有结构简单，控制效果好的优点。文中对改进前后2种控制方式的DC侧APF的稳态和动态性能进行了分析，结果表明，改进的控制方式不仅改善了补偿效果，而且扩展了系统的稳定区域。仿真和实验结果证实了理论分析的正确性。     

基于功率平衡原理的单相串联有源电力滤波器

提出一种基于功率平衡原理的串联型有源电力滤波器(APF)。在分析串联型有源电力滤波器功率平衡特点的基础上，导出基于功率平衡的串联APF的控制策略和控制方程，分析了串联APF直流侧电压的确定原则和设计公式。所推荐的控制方式不需要进行复杂的基波检测和计算，只需要检测APF直流侧电容电压和电源输出电流，仅用简单的模拟电路就可以实现，可以同时补偿谐波和无功电流。仿真结果表明基于功率平衡原理的串联型APF对电压型谐波源具有较好的补偿效果，证明了理论分析的正确性。     

基于能量守恒PI控制方法的有源电力滤波器研究

针对并联型有源电力滤波器谐波电流分量检测运算复杂,从直流侧电容电压以及APF补偿电流的双闭环控制角度出发,分析了在省略谐波及无功电流模块后的APF电流关系,在此基础上提出可基于新型电源电流控制的方法,不再需要复杂的硬件设计和有功电流运算单元,且保留了双闭环电流控制回路和参考指令电流控制器。并从能量守恒的角度论证了这种方法的可行性,提出了一种高性能的APF控制方法。最后通过仿真实验证明理论分析的正确性。     

改进的有源电力滤波器三角波脉宽调制电流控制方法

在分析有源电力滤波器APF(Active Power Filter)数学模型的基础上．提出了改进的三角波脉宽调制电流控制方法。与传统方法相比,通过在输出指令电压中增加一个与电源电压瞬时值成正比的量,抵消了电源电压对输出指令电压的干扰作用．提高了APF输出电压的准确性,使APF的实际输出电流能够更加精确地跟踪指令电流的变化．从而有效地减小了输出电流误差的脉动范围．这也有利于减小有源电力滤波器的工作损耗和整机容量。仿真结果对比验证了采用改进控制方法的APF比采用传统控制方法的APF的输出电流误差范围小。     

并联型有源电力滤波器电源电流控制方法研究

有源电力滤波器(active power filter,APF)是一种动态抑制谐波和无功的电力电子装置,以并联型有源电力滤波器为研究对象,从APF补偿电流的控制和直流侧电容电压角度出发,分析了电源电流控制方式,实现补偿电流的检测及双闭环反馈控制,提高系统的补偿精确度和动态响应性能。另外,直流侧电压的指令值都是根据电网电压的工作范围、APF的直流侧电容、额定输出电流、PWM逆变器输出侧电感、电流电压调节器以及调制策略等参数设计的,在考虑直流侧电压与APF功率损耗和补偿性能关系的基础上,提出了采用下垂调节器设计逆变器直流侧电压的控制参考值,使其兼顾APF的功率损耗及补偿性能综合平衡的优点。仿真结果验证了该APF控制系统的正确性和有效性。     

考虑电源电压畸变时的有源电力滤波器控制方法

在谐波电压较严重的电网中,对于以电源侧电流补偿为正弦波作为控制目标的有源电力滤波器(APF),需要考虑APF接入点处畸变电压的影响.本文分析了此类APF基于正弦波电源电压的控制方式的缺点,提出了一种具有接入点处谐波电压前馈控制的闭环控制新方法.这种控制方法不仅计算简单,便于工程实现,而且有效地提高了有源电力滤波器的动态响应速度.仿真结果表明,即使在电源电压严重畸变的情况下,APF也能取得很好的滤波效果.     

dSPACE控制的三相四线有源电力滤波器

采用基于dSPACE控制的三相四线有源电力滤波器实现电网谐波的集中抑制方案.提出基于dSPACE的实时仿真,实现对有源电力滤波器(APF)的电流电压采样,补偿电流基准的检测计算,以及高性能的恒频滞环电流控制和直流侧电压的PI稳压调节,提高APF控制算法以及参数调试的效率.基于MATLAB的仿真和基于dSPACE的实验结果证明,采用新型检测算法和控制的三相四线有源滤波器能对电网电流进行集中净化,具有良好的补偿效果,证实了基于dSPACE控制的APF的可行性和正确性.     

基于能量守恒PI控制方法的有源电力滤波器研究

针对并联型有源电力滤波器谐波电流分量检测运算复杂,从直流侧电容电压以及APF补偿电流的双闭环控制角度出发,分析了在省略谐波及无功电流模块后的APF电流关系,在此基础上提出可基于新型电源电流控制的方法,不再需要复杂的硬件设计和有功电流运算单元,且保留了双闭环电流控制回路和参考指令电流控制器.并从能量守恒的角度论证了这种方法的可行性,提出了一种高性能的APF控制方法.最后通过仿真实验证明理论分析的正确性.     

采用复合控制方式的并联混合型有源电力滤波器

在检测电源电流和负载电流控制方式的基础上，提出了一种复合控制方式。该控制方式的指令信号通过同时检测电源电流和负栽电流得到。它既具有上述两种控制方式的优点，又能克服它们各自的不足。此外，讨论了PWM逆变器的控制方法。在此基础上研制了一台并联混合型APF实验样机，进行了相应的实验研究。结果表明，采用复合控制方式的并联混合型电力有源滤波器稳定性高、谐波补偿效果好。     

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。     

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。