基于瞬時無功功率理論的改進(jìn)型有源電力濾波器的數(shù)

綜合檢測原理如圖2所示。當(dāng)只檢測基波和諧波電流，而不需要檢測有功功率和無功功率時，把與電壓e相關(guān)聯(lián)的支路去掉即可。

由以上分析看出，由于該方法沒有直接使用系統(tǒng)電壓信息，因此檢測結(jié)果的精度不受系統(tǒng)電壓波形畸變的影響。與ip-iq相比，該方法也沒有用到鎖相環(huán)，因此在不對稱系統(tǒng)中能夠更加精確地檢測出基波電流和基波有功電流，進(jìn)而計算出諧波和無功電流。而在數(shù)字控制電路中通過編寫程序就能實現(xiàn)這些運算。諧波檢測中使用的低通濾波器的數(shù)字設(shè)計將在下文進(jìn)行討論。
2)電壓補償控制的設(shè)計
APF的核心之一是補償控制電路，它通過產(chǎn)生驅(qū)動脈沖控制開關(guān)器件IGBT，實現(xiàn)對諧波與無功電流的補償。目前主要采用的控制方法有：滯環(huán)電流控制方法、電流跟蹤控制方法、空間電壓矢量PWM控制、無差拍控制及預(yù)測控制等，本文將采用空間電壓矢量PWM技術(shù)的APF補償方法。詳細(xì)設(shè)計可參考文獻(xiàn)。

3 數(shù)字低通濾波器的設(shè)計
從上文可知，低通濾波環(huán)節(jié)在諧波檢測中是非常重要的一環(huán)，濾波器的效果直接影響到諧波檢測的精度。根據(jù)文獻(xiàn)，在諧波電流的檢測電路中，一般采用二階或三階Butterworth低通濾波器，此時LPF的濾波效果和濾波時動態(tài)響應(yīng)時間能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)配置。在傳統(tǒng)的瞬時無功功率中，低通濾波器采用硬件電路模擬，但模擬濾波器的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，同時在以數(shù)字處理為核心的控制系統(tǒng)中設(shè)計不方便，故本文設(shè)計了一個無限沖擊響應(yīng)(IIR)型二階低通數(shù)字濾波器，達(dá)到有源電力濾波器的數(shù)字控制需求。其傳遞函數(shù)表達(dá)式為

式中，wn=2πfc，fc是濾波器的截止頻率，阻尼系數(shù)ζ通常取0．4～0．8。
根據(jù)數(shù)字信號處理IIR雙線性變換法則，通過采用(13)式將LPF傳遞函數(shù)從S域轉(zhuǎn)換到實域

式中T是采樣間隔，取由此可以推導(dǎo)出低通濾波器的實域表達(dá)式

圖3是二階Butterworth低通數(shù)字濾波器的單位階躍響應(yīng)曲線。取濾波器截止頻率fc=20Hz時，LPF的動態(tài)響應(yīng)時間Tf約為30ms，其穩(wěn)態(tài)誤差較小，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。