一種新型并聯(lián)混合型有源濾波器的研究
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和傳統(tǒng)的無源濾波器相比，有源濾波器(APF)能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，既可對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源集中補償，而且補償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)動態(tài)補償。但其成本較高、輸出容量有限，難以應(yīng)用于對大容量負(fù)載進(jìn)行補償。由PF和APF構(gòu)成的混合型有源濾波器(HAPF)既可克服APF成本高的缺點，又可使整個系統(tǒng)獲得良好的性能，適用于大容量負(fù)載的補償。
文中在闡述TSHAPF工作原理的基礎(chǔ)上，針對7次調(diào)諧的無源濾波器對5次諧波濾波能力較差的狀況，提出了反饋控制加5次前饋控制的策略，并給出了系統(tǒng)的總體控制策略。當(dāng)系統(tǒng)的無功功率急劇變化時會引起母線電壓的波動，從而影響到系統(tǒng)的正常運行，因此在原有的反饋環(huán)節(jié)中加入了無功功率補償回路，通過調(diào)節(jié)補償器的無功容量，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的無功功率穩(wěn)定。
1 TSHAPF工作原理
在傳統(tǒng)的HAPF系統(tǒng)中，由于基波阻抗較低，無源部分無法承擔(dān)較多的基波電壓，且流經(jīng)有源部分的基波無功電流較大，因此需要通過耦合變壓器來滿足有源和無源濾波器的電壓和電流的匹配。為了濾除高頻毛刺，還需附加輸出濾波電路。文中采用了一種無變壓器型TSHAPF，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
APF的有源部分與LC濾波器串聯(lián)，然后并聯(lián)接入電網(wǎng)，非線性負(fù)載為整流負(fù)載。有源濾波支路產(chǎn)生諧波補償電流來補償整流負(fù)載電流中的諧波電流，從而使電網(wǎng)側(cè)電流實現(xiàn)正弦化。負(fù)載交流側(cè)串接阻抗，以防止短路故障電流和降低負(fù)載電流畸變率，同時抑制公共節(jié)點電壓的開關(guān)紋波分量。
無源濾波器采用單調(diào)諧電路，在某個低次諧波附近呈現(xiàn)低阻抗，分流負(fù)載電流的該次諧波分量，而在開關(guān)頻率處呈現(xiàn)高阻抗，從而不需要額外的開關(guān)紋波濾波器，減小了系統(tǒng)的體積。此外，對于基波而言LC諧振電路相當(dāng)于一個大電容，承擔(dān)了大部分的基波電壓，有源濾波器上的基波電壓非常小，降低了對開關(guān)器件的耐壓要求。因此在某些場合中可以選用低壓MOSFET，降低成本，提高系統(tǒng)效率及補償性能。
2 TSHAPF控制策略
TSHAPF中逆變器控制策略是整個濾波系統(tǒng)的核心問題，它決定著濾波的跟隨特性和整體濾波效果。文中提出了一種采用電網(wǎng)諧波電流反饋控制與負(fù)載諧波電流前饋控制的復(fù)合控制策略，這種控制方法計算量小，控制簡單，濾波效果比僅采用電網(wǎng)諧波電流作反饋控制時更好。其中前饋控制的作用是當(dāng)擾動出現(xiàn)時立即根據(jù)擾動的性質(zhì)和大小進(jìn)行控制，以補償擾動的影響，目的是加速系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)；反饋控制主要用來彌補前饋控制的不足，克服模型不精確以及干擾帶來的影響。TSHAPF的總體控制框圖如圖2所示。
2．1 反饋控制
反饋控制是有源濾波器中最常用的控制策略，目的在于利用有源濾波器來改善無源濾波器的整體濾波性能。
基于瞬時無功理論，文中通過abc-dq變換將三相電網(wǎng)電流is轉(zhuǎn)化為瞬時有功電流id1和瞬時無功電流iq1，其中的直流部分對應(yīng)is中的基波分量，交流部分對應(yīng)is中的諧波分量。使用兩個一階高通濾波器從id1，iq1中提取出交流分量idac和iqac，之后進(jìn)行dq-abc變換就可以得到待補償?shù)碾娋W(wǎng)諧波電流iSH，將其放大K倍后作為有源濾波器的參考信號。同時，通過檢測逆變器直流電壓Vdc進(jìn)行閉環(huán)控制可以實現(xiàn)Vdc的建立與穩(wěn)定，無需外加獨立直流電壓源。
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