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一种改进的有源滤波器分频闭环控制策略

2021-02-26

有源电力滤波器作为一种动态抑制谐波的新型电力电子装置,其控制策略是研究的热点11]。有源滤波系统多采用数字化控制器实现,其数据采集环节和数字化控制器存在的延时会对系统运行造成隐患[2<,特别是对高次谐波而言,延时的作用可能导致谐波放大,危害电网安全运行。分频控制策略能对各次谐波进行单独相位补偿,是针对延时问题的有效解决方案。但现有基于SRCT的分频控制策略需同时检测负载电流的各次谐波分量和滤波器输出电流中的各次谐波分量,涉及多次SRCT,控制难度大,不利于数字控制器实现w。在此提出一种改进的有源滤波器分频控制策略,与传统的分频控制策略相比,在不影响相位补偿和谐波治理效果的同时,可以将SRCT的次数和滤波器的数量减少一半,从而减少对数字控制器的资源占用,降低控制算法的实现难度。 2有源电力滤波器基本拓扑以三相三线并联型有源电力滤波器(APF)为例进行分析,其拓扑结构如图1所示。其中为电网电压;乙为电网阻抗丄,4和4为网侧三相电流;和4为滤波器三相输出电流;和k为三相负载电流;L为滤波器输出电抗器。非线性负载为不可控整流负载,当有源滤波器产生与负载电流中谐波成分大小相等、方向相反的补偿电流时,电网电流中只存在基波分量,达到谐波电流补偿的目的。HS)-Zs /'sa/·A a厶…-/sb/Ah L1 m 1. i,SC/Ac 「/La/'lb/|cjfls jfls非线性负载图1有源电力滤波器拓扑Fig. 1 Active power filter topology3传统分频控制策略分析 APF从采样到输出电流的过程,存在采样滤波延时、采样间隔延时、互感器相位延时、信号处 理延时等几个环节的延时,使得补偿电流与期待电流存在一定的相位差。以基波为例,通过对某台滤波装置延时进行测算,得出基波延时约2.88°延时角,该延时对13次、17次谐波的相位延时角高达37.44°和48.96°。随着补偿次数的提高,相位延时角还会不断增大,会出现对高次谐波起不到补偿,甚至造成放大的现象。综上,传统分频控制需首先提取出各次谐波电流的有功直流分量和无功直流分量,对第n次谐波控制而言,既需要对负载电流做SRCT和低通滤波处理,又需对滤波器输出电流做SRCT和低通滤波处理,需要2次正向SRCT、1次反向SRCT和4次低通滤波处理,控制实现繁琐,对数字控制器的资源占用高。由于各次谐波需要补偿的相位各不一样,而分频控制可以对各次谐波进行单独控制,实现各次谐波相位的精准补偿。因此,分频控制是针对延时问题的有效解决方案。图2为传统基于SRCT的分频控制框图,包括直流侧电压控制、谐波控制和调制信号合成3个部分。图2传统分频控制策略4一种改进的分频控制策略为此,提出一种改进的分频控制策略,如图3所示,包括直流侧电压控制、谐波控制和调制信号合成3个部分。Fig. 3 Improved frequency dividing control strategyFig. 2 Traditional frequency dividing control在直流侧电压控制框中,直流侧电压指令信号W与实际直流侧电压信号^相减得到的误差信号经p丨控制输出后作为基波有功分量的指令/‘。当SRCT的旋转角速度为基波频率叫时,借助SRCT分解滤波器输出电流中的基波有功和无功分量&采用PI控制器,通过控制基波有功分量来稳定直流侧电压,通过控制基波无功分量来补偿负载侧无功功率,当基波无功功率指令/心设置为零时,滤波器输出无功功率为零。

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