有源電力濾波器控制策略綜述

2.7 組合變流器相移SPWM

有源濾波和無功補償裝置要求具有良好的調(diào)節(jié)性能和足夠的輸出功率，以提供電流的超前和滯后補償，同時要求系統(tǒng)具有足夠的頻帶寬度以達(dá)到消除高次諧波的目的。為了實現(xiàn)對無功電流和高次諧波電流的有效補償，需要開關(guān)器件工作在較高的頻率下。但大功率正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變流器開關(guān)頻率會受限制，原因為

1）大功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率較低；

2）高的開關(guān)頻率會導(dǎo)致較大的開關(guān)損耗，降低系統(tǒng)效率。

而多重化的功率變換器調(diào)節(jié)性能較差，不能完全滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的要求。為此，由本文作者之一和加拿大B.T.Ooi教授共同提出[9]了組合變流器相移SPWM技術(shù)。相移SPWM技術(shù)的基本思想是：在變流器單元數(shù)為L_x的電壓型SPWM組合裝置中，各變流器單元采用共同的調(diào)制波信號s_m，其頻率為f_m。各變流器單元的三角載波頻率為fc，將各三角載波的相位相互錯開三角載波周期的1/L_x，如圖7(a)所示(變流器單元數(shù)L_x=5，SPWM頻率調(diào)制比f_c/f_m=3，幅度調(diào)制比m_a=0.8)。圖7(b)所示的L_x個波形分別為L_x個變流器單元的輸出，上述L_x個變流器單元交流輸出疊加形成整個組合變流器的輸出波形，如圖7(c)所示。對輸出進行頻譜分析，變流器單元之一的輸出波形頻譜如圖7(d)所示，疊加后整個組合變流器輸出波形頻譜如圖7(e)。比較圖7(d)和圖7(e)可見各變流器單元輸出疊加后形成的組合變流器總輸出波形中諧波得到了有效的抑制。

(a) L_x個三角載波的相位關(guān)系

(b) L_x個變流器單元的輸出

(c) 組合變流器輸出波形

(d) 變流器單元輸出波形頻譜

(e) 組合變流器輸出波形頻譜

圖7組合變流器相移SPWM技術(shù)

該技術(shù)的實質(zhì)是多重化和PWM技術(shù)的有機結(jié)合，能夠在低開關(guān)頻率下實現(xiàn)大功率變流器SPWM技術(shù)，而且顯著地減少了輸出諧波，改善了輸出波形，從而減少濾波器的容量。同時，相移SPWM變流器具有良好的動態(tài)響應(yīng)和較高的傳輸頻帶，使得許多先進的控制手段得以應(yīng)用，控制性能得以提高。電流型變流器由于具有直接提供電流，運行可靠，保護簡單等優(yōu)點，而在許多大功率場合得到應(yīng)用。例如：電網(wǎng)有源補償裝置，如果采用電流型相移SPWM技術(shù)可以達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單，控制特性好，響應(yīng)快，頻帶寬，消除諧波能力強等優(yōu)點。文獻[10]中應(yīng)用于SVG和SMES的這項技術(shù)稱為相移SPWM。這就解決了大功率裝置與器件開關(guān)頻率較低的矛盾，可使GTO等特大功率器件組成的變流器用于APF裝置。因此，這種技術(shù)在APF等大功率場合中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)語

本文提及的幾種比較新穎的APF控制策略。在電壓矢量基礎(chǔ)上實行滯環(huán)電流控制可在同樣的控制精度下，有效地降低開關(guān)頻率，減小APF的開關(guān)損耗；單周控制在一個周期內(nèi)消除穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)誤差，具有反應(yīng)快、抗電源干擾、控制電路簡單等優(yōu)點，是一種很有前途的控制方法；變結(jié)構(gòu)控制對系統(tǒng)的變化和外部干擾不敏感，具有很強的魯棒性；無差拍控制是一種全數(shù)字化的控制技術(shù)。有關(guān)APF的控制策略正隨著DSP技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展而不斷涌現(xiàn)。隨著控制策略的改進，APF的特性也將不斷提高，而相應(yīng)的價格也必將下降。