有源电力滤波器谐波电流检测和控制新方法的研究

【摘要】： 有源电力滤波器（APF）中畸变电流的检测与控制方法，不仅是决定其补偿性能的关键因素，而且也影响到APF的应用范围。本文研究APF畸变电流检测和控制新的方法，以适应现代电力系统的多变性及不同APF应用的要求。 首先，在对电力谐波的产生、危害及目前最新的治理措施进行必要的论述和分析的基础上，提出一种基于最小补偿电流的畸变电流检测的新理论和方法和相应的补偿电流最小的单相有源电力滤波器。其创新之处是：以APF输出的补偿电流绝对值积分最小为目标检测负载电流的基波分量，进而得到所需APF补偿的畸变电流。提出并完成了两种不同的实现方案：（1）前馈多层ANN实现补偿电流有效值最小的调节方案和相应的APF电路。（2）模拟硬件实现的LCC调节电路及由此构成的APF系统。进行了仿真和实验研究，结果证实了理论分析的正确性。 本文深入分析了90年代初发展起来的一种适合开关变换器的大信号非线性控制理论——单周控制（One Cycle Control）理论，以及在此理论基础上发展起来的常频积分复位控制技术和它的最新应用，首次成功地将单周控制理论应用于APF的检测和控制中，提出并实现了一种通用常频积分复位控制有源电力滤波器，从而简化了APF的工作原理和结构。文中导出APF功率开关占空比必须满足的控制目标方程、求出APF主电路的稳态模型、建立了通用常频积分复位控制APF的数学模型，用简单的模拟电路实现APF的通用常频积分复位控制电路和通用常频积分复位控制APF系统。最后设计、安装、调试完成一台500W常频积分复位器控制的APF实验样机。对在三种不同非线性负载情况下的动态和静态补偿性能进行了实验研究和补偿性能的实际测试。实验结果证实了理论分析的正确性。与传统APF相比，采用新控制方法的APF的突出优点是：（1）将APF控制目标定为负载电流中的有功分量来导出控制目标方程，不需检测和产生电流参考信号，电路结构简单可靠，补偿性能好；（2）具有很好的稳态补偿特性。由于运用了单周控制理论，输入电流的补偿是在每一个开关周期之内完成，不存在A/D、D/A转换和运算延时；（3）响应快，因而具有很好的动态补偿性能。 最后将所提出的控制方法推广用于三态输出单相桥功率电路、半桥功率主电路的APF，导出了相应的控制方程，进行了仿真研究，证实了所提出控制方法对不同的APF具有普遍的适用性。另外还提出了一种积分复位控制的直流侧WP=6有源电力滤波器（DCAPF）电路结构，理论分析和仿真研究证实，新DCAPF与功率因数校正（PFC）电路具有相同的功能，但较PFC电路处理功率小，效率更高。