電力有源濾波器技術(shù)狀況及問題探討[6]

  3電力有源濾波器的分類

  （1）按電路拓樸結(jié)構(gòu)分類，電力有源濾波器可分為并聯(lián)型、串聯(lián)型、串－并聯(lián)型和混合型。

  （2）按電源類型分類，APF可分為單相APF、三相三線制APF、三相四線制APF及有源線路調(diào)節(jié)器（APLC）等。

  三相四線制APF主要是為了補(bǔ)償電源中線上的電流諧波、無功功率及三相之間的不平衡問題。當(dāng)功率額定值較小時，其主電路可直接采用三相逆變器，而將直流側(cè)電容中點(diǎn)聯(lián)接到電源中點(diǎn)上。當(dāng)負(fù)載功率較大時可用四橋臂的逆變器，將第四橋臂單獨(dú)用于補(bǔ)償中線；為了實現(xiàn)三相獨(dú)立調(diào)節(jié)，還可使用更復(fù)雜的三個單相橋式逆變器進(jìn)行分別補(bǔ)償。有源線路調(diào)節(jié)器是向電網(wǎng)中的某個（或幾個）優(yōu)選節(jié)點(diǎn)注入消諧波補(bǔ)償電流，以達(dá)到在一定范圍內(nèi)電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理。目前更高層次的電力有源濾波技術(shù)在國外尚處于研究階段。

  4電力有源濾波器的控制

  如上所述，電力有源濾波器的控制主要是指令電流的運(yùn)算和補(bǔ)償電流的產(chǎn)生。

  （1）指令電流的運(yùn)算

  指令電流iC的運(yùn)算方法主要有以下幾種：

  ①基于頻域運(yùn)算的方法：這是最早應(yīng)用于指令電流運(yùn)算的一類方法。其基本思想是用頻域濾波的方法（使用帶通濾波器），首先分離負(fù)載電流中的基波分量和諧波分量，然后再使用電路理論中的計算方法將基波電流分解為基波有功分量和基波無功分量。由于需要采用銳截止的高階帶通濾波器，所以附加相移較大。另外，其濾波器特性對電網(wǎng)頻率波動和電路元件參數(shù)也較敏感。所以該方法已較少采用，而轉(zhuǎn)向以快速付里葉變換為基礎(chǔ)的全數(shù)字頻域濾波方法，并且能自動跟蹤電網(wǎng)頻率的波動而自適應(yīng)提取基波分量。但該方法仍存在較大時延、實時性較差、補(bǔ)償效果不好等問題。

  ②瞬時空間矢量法：基于無功功率理論的瞬間矢量法是目前三相電力有源濾波器中應(yīng)用最廣的一種指令電流運(yùn)算方法。最早是由日本學(xué)者H·Akagi于1984年提出，僅適用于對稱三相電路，后經(jīng)不斷改進(jìn)，現(xiàn)已包括p－q法、ip－iq法以及d－q法等。p－q法最早應(yīng)用，僅適用于對稱三相且無畸變的電網(wǎng)；ip－iq法不僅對電源電壓畸變有效，而且也適用于不對稱三相電網(wǎng)；基于同步旋轉(zhuǎn)park變換的d－q法不僅簡化了對稱無畸變下的指令電流運(yùn)算，而且也適用于不對稱、有畸變的電網(wǎng)。

  ③基于現(xiàn)代控制理論的方法：最早應(yīng)用的有基于P－I控制器的方法，因P－I控制器的特性不能適應(yīng)負(fù)載及電網(wǎng)的變化，后來又提出了基于滑模控制及模糊控制等現(xiàn)代控制方法。它們都是直接根據(jù)逆變器直流側(cè)的電壓（電壓型APF）或電流（電流型APF），求出所需的電網(wǎng)電流的基波有功分量幅值，從而求出所需補(bǔ)償電流的指令值ic。這種方法適用于單相和三相APF，也適用于電網(wǎng)電壓畸變的情況。

  ④自適應(yīng)檢測法：該方法基于自適應(yīng)濾波中的自適應(yīng)干擾抵消原理，從負(fù)載電流中消去基波有功分量，從而得到所需的補(bǔ)償電流指令值。該方法的突出優(yōu)點(diǎn)是對電網(wǎng)電壓畸變、頻率偏移及電網(wǎng)參數(shù)變化有較好的自適應(yīng)調(diào)整能力，但目前其動態(tài)響應(yīng)速度還較慢。后來又提出了用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的自適應(yīng)檢測法。

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