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摘要：在各种有源电力滤波器中，占主导地位的是并联型有源电力滤波器。滞环控制法是目前使用很广泛的一种闭环电流控制方法，但存在功率器件开关频率较高，影响有源电力滤波器的使用寿命问题。本文提出滞环—三角载波控制有源电力滤波器，通过仿真验证该控制方式可有效的降低系统的开关频率。
关键词：有源电力滤波器；谐波补偿；滞环—三角载波；MATLAB仿真
1.有源电力滤波器的工作原理
有源电力滤波器主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。补偿电流发生部分由电流跟踪控制器、驱动电路和主电路三部分组成。指令电流运算电路用于检测补偿对象电流中的谐波、无功电流分量。补偿电流发生电路根据指令电流运算电路得出的补偿电流信号，产生实际的补偿电流，如图1所示[1]。
图1并联型有源电力滤波器的系统构成框图
并联型有源电力滤波器的原理是：检测电网中的电压、电流值，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，补偿电流与电网中要补偿的谐波及无功电流大小相等、方向相反，相互抵消。从而达到补偿无功、抑制谐波的目的。
2．滞环控制
滞环控制法是目前使用很广泛的一种闭环电流控制方法。该方法根据给定补偿信号与测得的谐波补偿信号输出电流的误差来控制逆变器进行开关动作[2]。原理如图2所示。
图2 滞环控制原理图
在该方式中，把补偿电流的指令信号ic*与实际的补偿电流信号ic进行比较。两者的偏差作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制主电路中开关器件通断的PWM信号，该PWM信号经驱动电路来控制开关器件的通断，从而控制补偿电流ic的变化。
以其中一相电路为例，将指令信号ic*与实际补偿信号ic的差值△ic作为滞环比较器的输入，用H表示滞环比较器的环宽，当|△ic |<H时，滞环比较器的输出不变；而当|△ic |≥H时，滞环比较器的输出将翻转，则补偿电流ic的方向随之改变，使△ic减小，保证了补偿电流跟踪指令电流的变化[3]。如图3所示。
图3 电流跟踪示意图
该方法硬件电路十分简单，属于实时控制方式，电流响应很快且不需要载波，输出电压中不含特定频率的谐波分量。它属于闭环控制方式，这是跟踪型PWM控制方式的共同特点。若滞环的宽度固定，则电流跟随误差范围是固定的，但是电力半导体器件的开关频率是变化的。如果减小环宽可提高电流跟踪性能，但功率器件开关频率提高，引起损耗增加，反之则电流跟踪性能变差。
3. 滞环—三角载波控制方法
滞环电流—三角载波控制方法是将滞环电流控制与三角载波控制方法相结合，把滞环控制输出波形与三角波同时加到一个与门，将与门输出的波形作为PWM开关控制信号，如图4所示。这样便可通过调整三角波的频率，控制开关器件的工作频率。这种方法既有传统滞环控制动态响应快的优点，又吸收了三角载波控制开关频率固定的优点，解决了由于滞环控制导致的开关频率过高的问题。
图4滞环—三角载波控制
4.滞环与滞环—三角载波控制方法的仿真研究
利用MATLAB/SlMULINK来进行有源电力滤波器的仿真的建立。模型包括三相三线制并脸型有源电力滤波器及非线性负载部分。其中有源滤波器模块含有谐波检测、PWM信号发生模块以及主电路部分；非线性负载采用二极管整流电路。有源电力滤波器仿真图如图5所示。
图5有源电力滤波器系统构成模型图
仿真结果分析
以电网A相为例，分别对有源电力滤波器进行滞环控制方式与滞环—三角载波控制方式进行仿真，仿真结果如图。
图5.16滞环—三角载波控制补偿控制电路生成的PWM信号
两种控制方法的比较
由仿真结果可以得出滞环控制方法具有电流动态响应速度快、电流跟踪误差小等优点，而且畸变率小；但该方法的不足是开关频率较高且不固定，影响开关器件的使用寿命。
滞环—三角载波控制法可控制开关器件的工作频率，且具有传统滞环瞬时电流控制方式的动态响应速度快的优点，同时具有三角载波频率固定的优势。在保证有效滤除电网谐波的基础上，提高了有源电力滤波器开关器件的使用寿命。
5.结束语
利用Matlab建立有源电力滤波器仿真模型，分别采用滞环控制方法及滞环—三角载波控制方法对有源电力滤波器进行仿真。根据仿真结果对两种控制方式进行比较，得出滞环控制方法开关频率过大；而滞环—三角载波控制方法的开关频率可控，降低了开关频率，并且跟随误差很小、利于数字实现。
参考文献：
[1]姜齐荣，赵东元，陈建业.有源电力滤波器—结构、原理、控制[M]，北京：科学出版社，2005，40-41.
[2]刘红萍，张代润. 有源电力滤波器的正弦滞环控制法研究—滞环控制策略分析[J]，四川联合大学学报，1999，3（4）：103-110.
[3]顾和容，杨子龙，邬伟扬. 并网逆变器输出电流滞环跟踪控制技术研究[J]，中国电机工程学报，2006，26（9）：108-112.
论文作者:陈宇西
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/12
标签：电流论文; 滤波器论文; 载波论文; 电力论文; 频率论文; 电路论文; 谐波论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;