基于单周控制的新型有源电力

基于单周控制的新型有源电力滤波器钱挺黄植宏胡进吕征宇浙江大学电气工程学院2003.111.引言电网谐波污染日益受到关注.有源滤波器(APF)与功率因素校正(PFC)已成为电力电子学研究热点之一.PFC需要对产生谐波的电力电子装置本身进行改造,调节其功率因数;APF可以直接与设备相连接,通过谐波抽取与注入来抑制谐波.经典的APF需要较复杂的控制,电路成本较高.单周控制有源滤波器(UCI-APF)是谐波补偿的新方向.与常用的APF相比,UCI-APF控制方法简便、采样通道少、电路成本低,可调节功率因数接近1,故在中小功率场合有推广价值.经典的UCI-APF对电路参数的依赖性非常大.当控制电路积分参数出现偏差或浮动时,主电路上的进线电流将引入直流分量.这严重阻碍其推广应用.2.UCI-APF工作原理及直流分量问题设有源滤波器开关频率为fs=1/T，全桥部分工作在两个状态：当0tDT时，M1、M4导通，当DTtT时，M2、M3导通。考虑到开关周期T远小于工频周期,一个开关周期内电感电流基本不变,根据电感伏秒平衡原理,可得到:1M2M3M4McVsVsisR12scVVD单周控制有源滤波器的控制目标是消除谐波并调节功率因数接近1，因此当有源滤波器有效工作时，网侧电流波形跟踪电压波形，整个系统能够等效为线性负载（等效阻抗为Re），即：由上面分析可得到:2mmssDVVRimcesRVVR其中由于一个开关周期内,Vm基本不变,2DVm可以通过对Vm积分得到022DTmmVdtDVTsesVRi由上面分析可见,控制方程可由单周控制的方式实现,但要求积分速度非常精确.单周控制是一种非线性的占空比调制方式,其目的是在一个开关周期内使开关变量的平均值与参考值相等.在UCI-APF中,此开关变量为Vm,参考信号为Vm-Rs*is.相应的电路结构如图控制目标方程的实现要求积分时间参数必须非常精确,但在实际电路中由于需要考虑偏差、老化、时漂、温漂等因素,这一要求很难精确实现.当积分速度偏大时,积分时间变少,开关占空比下降，电流is将在工频周期的正半周期偏大，而负半周期偏小，存在直流分量。积分速度偏小时同样存在直流分量。电流直流分量的存在会引起继电保护装置的误操作，并容易导致变压器饱和，其危害不容忽视。而积分时间常数的漂移会导致系统工作不稳定。3.UCI-APF的直流分量抑制策略针对上面所述的直流分量的产生机理，如果将电流直流分量负反馈，对开关占空比进行补偿，稳态情况下可以将直流分量调至零。负反馈可由电流积分得到。如图为采用直流分量抑制策略的单周控制有源滤波器。稳态时新增的闭环措施可将电流直流分量调节为零。4.实验结果及结论根据上图原理得到实验结果。其中实验用的非线性负载是：垂直：2A/格水平：5ms/格单环情况下的电流波形,输入电压180v。垂直：2A/格水平：5ms/格双环情况下的电流波形,输入电压220v。(1)(2)图(1)波形可见电流存在直流分量，图(2)用直流分量抑制的双环策略后得到的波形成功消除了电流直流分量，达到谐波补偿的目的。由以上分析和实验可见，直流分量反馈能有效克服参数误差影响，消除电流直流分量。新策略无需增加采样环节，保持了UCI-APF结构简单的优点。END谢谢！