基于系统电流检测的并联有源电力滤波器数字控制方法
基于电流环复合控制的有源电力滤波器
误差小于 1 %；输入频率 10 ~ 67 Hz 时，输出基本跟
踪输入，误差 1 % ~ 10 %；输入频率大于 613 Hz 时，
输出基本不能跟踪指令信号，误差达 46.3 %。
A ／ dB
20 0 （67 Hz，－ 20 dB）
- 20 - 40 （10 Hz，－ 36.6 dB） - 60
90
KI
0.35
0
1
2
3
KP
图 5 T = 104 μs 时 KP 及 KI Fig.5 KP- KI curve（T = 104 μs）
如取比例参数为 KP= 1.0，积分参数为 KI= 0.021， 则系统闭环和电流环误差脉冲传递函数分别为
C（z） =
G（z） 1 + G（z）
=
0.508 z2- 1.175 z + 0.508
其中，虚
线右边
为
控
制
对
象
，左
边
为
控
制
器
，id*、i
* q
为在 d、q 坐标系下计算所得谐波指令，它们是基于
瞬时无功功率理论或其他理论的谐波提取环节产生
的。 usd、usq 为系统电压在 d、q 坐标系下的值，引入电 网电压前馈和输出电流交叉解耦项，则图 2 所示电
流环控制框图可简化成图 3 所示框图。
器提供一稳态运行工作点，引入电网电压前馈；其 次，由于 d、q 轴电流控制回路存在相互耦合项，为了 在阶跃响应下也可独立控制，采用状态反馈交叉解 耦法以抵消耦合项的影响；再次，为了减小电流跟踪
电力自动化设备
第 29 卷
误差，用数字 PI 控制器进行控制。
为得到 d、q 轴解耦电流，控制器输出应消除输
基于d-q检测法的并联有源电力滤波器研究
ｍ ｅ
．
１００
贼
—
—
电流控 制 电路 是补 偿 电流发 生 电路 的核心 环 节， 负责根据补偿 电流指令信号 ， 由控制算 法计
算得到主电路每 相桥臂各功率开关器件的触发 脉冲； 隔离与驱动电路 负责驱动主 电路 ＩＢ Ｇ Ｔ开 关 ； 电路用来产生补偿 电流 。 主
前 —
ｄｑ — 检测法 的原理 如图 ３ 示 ， 轴电流直 所 ｄ 流分量 与负载基波有 功功率相对 应 ， 轴电流 ｑ 直流 分量 与负载基 波相位 移的无 功功率 相对 应 ， 轴 电流交流分量 和 ｑ ｄ 轴电流交流分量 分 别 与高次谐 波的有功功 率和无功 功率相 对应 ， 故 ｉ和 ｉ经 Ｌ Ｆ后即得到与基波对应 的有功 ｄ ｑ Ｐ 分量 和无功分量 。 轴分量 与负载基波不对称相 ｏ 对应 ｄ ｑ － 变换计算谐波 的原理如下图所示 ： 基于 ｄ ｑ － 坐标系下的检测方法消除 电压谐 波和不对称 电压的影响能力强 ， 检测实时性好 ， 与 ｉ ｉ 相 比，其优点在 于检测 电路 比较简 ｐ ｑ法 — 单， 利于数字化 电路的实现 ， 是普遍 采用 的一种 方法 ４ 谐波检测 电路 及滤波器仿真
中 图 分 类 号 ：Ｍ９ 文 献 标 识 码 ： Ｔ ３ Ｂ
引言
电力 电子装置 的应用 日 益广泛 ，也使得 电 力 电子装置成为最大的谐波源 。在各种电力 电 子装置中 ， 整流装置所 占的 比例最 大。 有源电力 滤波 器（Ｐ） 为改善 电能质 量 的一 项关 键技 ＡＥ 作 术 ， 日 、 国 、 国等 发达工业 国家 已得到 在 本 美 德 了高度重视和 日 广泛 的应用 益 。能有 效的控制 电力电子装 置的谐波 ： 并联型 Ａ Ｆ的研究主要 Ｐ 以理论和实验为主 ， 涉及到了功率理论的定 义 、 各种谐 波电流 的检测方法 、 Ｐ Ａ Ｆ的稳态 和动态 特性分析等。 但由于多方 面条件的限制 ， 至今未 有并联型 Ａ Ｆ的正式产品用 于实际 日前 ， Ｐ 以 高速数字信号处理器为基础的实时数字信号处 理技术的迅速发展使得采用模拟量控制的 电能 质量调节装置正被采用数字量控制的 电能质量 调节装置所取代 。 随着 Ｄ Ｐ Ｓ 性价 比的不断提高 ， 用ＤＰ Ｓ 控制 Ａ Ｆ已成 为当今和 未来 技 术发展 Ｐ 的一个新热点。此外 ， 大功率 电力电子技术 、 控 制技术 的不断 发展使 Ａ Ｆ的成 本 血将不 断降 Ｐ 低 ， 其卓越 的滤波性能 ， 国必将 有广阔 加之 在我 的应用前景 。 １ 有源滤波基本原理 Ａ Ｆ Ｐ 的构成 与基本 作 原理如 图 １ 所示 。 Ａ Ｆ由谐波与无 功电流检测电路 及补偿电流发 Ｐ 生电路（ 包括补偿 电流控制 电路 、 隔离电路 驱动
基于LCL滤波器的并联有源电力滤波器电流闭环控制方法_概要
第29卷第18期中国电机工程学报 V ol.29 No.18 Jun. 25, 20092009年6月25日 Proceedings of the CSEE ©2009 Chin.Soc.for Elec.Eng. 15 文章编号:0258-8013 (2009 18-0015-06 中图分类号:TM 77 文献标志码:A 学科分类号:470⋅40基于LCL滤波器的并联有源电力滤波器电流闭环控制方法仇志凌,杨恩星,孔洁,陈国柱(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市 310027Current Loop Control Approach for LCL-based Shunt Active Power FilterQIU Zhi-ling, YANG En-xing, KONG Jie, CHEN Guo-zhu(College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, ChinaABSTRACT: Shunt active power filter (APF is suitable for compensation of current-type harmonics generated by nonlinear load, but high compensation precision is difficult to be achieved due to very high slew? rate of harmonic current, output impendence of voltage source converter (VSC and control loop phase lag. LCL-filter reserving sufficient attenuation ration for switching ripple with small LC parameters is suitable to be used as output filter to get high slew rate of compensation current. However, LCL-filter, as a three order one, is difficult to be stable. A simple control method is proposed with one beat delay introduced to feedback current. Meanwhile, repetitive control algorithm, as outer control loop, is adopted to eliminate steady-state error of the whole control system. Based on this double-loop control scheme, very high quality steady-state grid current waveform and fast dynamic response can be obtained. Simulation results validate the feasibility of the method proposed by this paper.KEY WORDS: shunt active power filter; high quality grid current waveform; LCL-filter stabilize; repetitive control摘要:并联有源电力滤波器(active power filter,APF需要具有较高的补偿带宽和较低的开关纹波含量。
《2024年并联有源电力滤波器实用关键技术的研究》范文
《并联有源电力滤波器实用关键技术的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，电力系统中非线性负载的增加导致谐波污染问题日益严重。
并联有源电力滤波器（Active Power Filter，简称APF）作为一种有效的谐波治理手段，其应用越来越广泛。
本文旨在研究并联有源电力滤波器的实用关键技术，以提高其滤波效果、系统稳定性和可靠性。
二、并联有源电力滤波器概述并联有源电力滤波器是一种通过实时检测电网中的谐波电流，并快速产生与之相反的补偿电流，从而达到消除谐波、改善电能质量目的的装置。
其核心部分为逆变器，通过高速数字信号处理器（DSP）控制逆变器开关，实现实时补偿。
三、实用关键技术1. 谐波检测技术谐波检测是APF的核心技术之一。
为了提高检测精度和实时性，可采用基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法。
该方法能够快速准确地检测出电网中的谐波电流，为APF的补偿提供依据。
2. 逆变器控制技术逆变器是APF的关键部件，其控制策略直接影响APF的滤波效果和系统稳定性。
采用空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，可以提高逆变器的开关频率和电压利用率，从而提高APF的补偿性能。
此外，为了增强系统的鲁棒性，可引入模糊控制、神经网络等智能控制算法。
3. 并联运行技术多台APF并联运行可以扩大滤波范围、提高系统容量。
然而，并联运行会带来环流问题。
为了解决这一问题，需要采用阻抗匹配、均流控制等技术，确保多台APF之间能够协调工作，共同完成谐波治理任务。
4. 保护策略与故障诊断技术APF在运行过程中可能会遇到过流、过压、过热等故障。
为了保障系统安全稳定运行，需要采用相应的保护策略和故障诊断技术。
例如，通过实时监测APF的电流、电压等参数，当出现异常时及时采取保护措施；同时，通过故障诊断技术快速定位故障原因，为维修提供依据。
四、实际应用与展望并联有源电力滤波器已广泛应用于电力系统谐波治理。
通过采用上述实用关键技术，可以提高APF的滤波效果、系统稳定性和可靠性。
并联型有源电力滤波器的控制算法研究
II
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
华中科技大学 硕士学位论文 并联型有源电力滤波器的控制算法研究 姓名：姚杰 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：关治洪 20090529
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
摘
要
谐波污染问题向电网供电质量提出了严峻的挑战， 有源电力滤波器 (APF)做为 治理谐波最有效的方案， 一度成为国内外研究的热点。 随着APF主电路结构逐步走向 成熟，电流控制方案的好坏成为影响有源电力滤波器性能的最主要因素之一。现行 的控制方法较多，不同的控制算法各有自身优、缺点，针对不同的谐波源选择合适 的控制方法，将能够更好的发挥APF系统治理电网谐波的作用。 本文以并联型 有源电力滤波器作为研究对象，分析了其基本工作原理，建立了 数学模型，并以此为基础推导出主电路电容、电感等参数设计原理，为后续仿真研 究提供了强有力的理论支持。 本文重点将滞环控制、比例积分并联重复控制、迭代PI控制三种控制算法应用 于APF系统电流环控制，并进行了深入的对比研究。结合各控制算法的原理，推导了 滞环环宽与开关频率的关系函数，提出了 重复控制 和迭代PI控制在“内模”结构上 的一致性。最后本文通过Saber软件搭建了三相三线制并联型APF系统的仿真平台， 选用基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法， 从不同角度对比了三种控制算法下APF 系统的性能，给出了仿真波形、频谱分析和对比数据，验证了滞环控制各参数之间 的联系、 PI+重复控制和迭代PI控制在性能表现上的相似性， 并对各控制算法下的APF 系统响应速度、稳态精度、动态性能、鲁棒性，以及受开关频率的影响程度等方面 进行了详细对比研究，最后对仿真结果进行归纳总结，研究结论对用户针对不同谐 波源选取合适的控制算法具有一定的参考价值。
基于DSP的并联型有源电力滤波器控制系统设计
收稿日期:2010-12-08作者简介:贾红芳(1978 ),女,山西侯马人,湛江师范学院信息科学与技术学院讲师,硕士,从事电力系统谐波的分析与治理的应用研究.2010年12月第31卷第6期湛江师范学院学报JOURNAL OF ZH ANJIAN G NORMA L COLLEGE Dec ,2010Vol 31 No 6基于DSP 的并联型有源电力滤波器控制系统设计贾红芳,费 娟(湛江师范学院信息科学与技术学院,广东湛江524048)摘 要:提出并实现了一种基于数字信号处理器(DSP)的三相三线制并联有源电力滤波器装置,介绍了该装置的系统结构、硬件平台及软件设计.实验证明该装置有良好的跟踪和补偿效果,谐波得到抑制,电网波形接近正弦波,达到预期效果关键词:DSP ;T M S320F2407A ;控制系统;硬件设计中图分类号:T M 76 文献标识码:A 文章编号:1006-4702(2010)06-0133-04有源电力滤波器(APF Active Pow er Filter)是近年来发展起来的一种抑制电网谐波的先进手段[1].随着电力电子技术及数字信号处理技术(DSP)的发展,电力电子器件功率的增加及控制方法的改进,对电能质量提出了越来越高的要求,使APF 在电力系统中的研究与应用也越来越广泛.同时随着高速数字信号处理器DSP 的广泛应用及其性价比的日益提高,有源电力滤波器的数字控制方案也取得了很大的进步[2].本文以TM S320F2407A 芯片为核心设计了一套全数字化控制方案,不仅用DSP 来进行负载电流的处理和分离,而且构成PWM 变流器时全部采用软件来实现.用这种方法,可以充分利用DSP 中的功能,减少硬件电路,使得硬件电路更为简单.1 APF 的系统结构本设计APF 的控制系统是基于DSP 构成的,主要包括主电路、电流检测、同步信号的产生等硬件电路的设计以及控制部分软件的设计.并联有源电力滤波器的系统结构框图如图1所示,主要由3大部份组成;主电路(变流器)部分、电流电压检测部分、DSP 控制部分.1.1 主电路(变流器)设计通常采用的主电路,根据其直流侧贮能元件的不同,可分为电压型和电流型.与电压型PWM 变流器相比,电流型PWM 变流器的一个优点是,不会由于主电路开关器件的直通而发生短路故障,但是由于电流型PWM 变流器直流侧大电感上始终有电流流过,该电流将在大电感的内阻上产生较大的损耗,因此目前较少采用.不过随着对超导贮能磁体研究的进展,一旦超导贮能磁体实用化,必然可以取代电感器,促使电流型PWM 变流器的应用增多.本文主电路采用三相电压型PWM 变流电路,其结构如图2所示.根据电网和负载的情况,设计时确定并联型有源电力滤波器的额定工作条件如下:电源电压:220V;负载功率:< 3.3kVA(根据负载的参数确定);主电路电流:0~ 5A;并联型有源电力滤波器的额定容量:1kVA.1.2 电流、电压检测设计湛江师范学院学报(自然科学)第31卷图1 系统结构框图图2 并联型有源电力滤波器主电路结构电流检测信号包括i La 、i Lb 、i L c 、i ca 、i cb 、i cc 见图1.为了通过无功功率理论分离出谐波,要检测i La 、i Lb 、i L c 电流,控制主电路IPM 工作还要检测i ca 、i cb 、i cc 电流.电流检测用CSK7-5A 直测式霍尔电流传感器,用霍尔电流传感器比互感器有更大的带宽[3].电流检测电路如图3所示:通过调整电阻R 3和R 4使测量的电流值调整到0V~3V 之间,这样可以满足DSP 对输入信号的要求,这一点很重要.图3 电流检测电路图图4 电压检测电路由电压检测可得到sin t,再将a 相电压送入过零比较器转换成为波信号,从而可得到a 相电网电压的频率 由于sin t 是随时间变化的,故在软件部分可采用查表法得到每一点的sin t 值 程序中可将sin t 表做成100点,再采用锁相环电路将a 相电压信号100倍频,通过查表程序可得sin t 的值,电路图见图42 APF 硬件平台的实现实验系统结构见图5,系统主要由三相电源、模拟信号处理、A 相电源电流同步信号产生、A/D 转换及数字信号处理、数据处理及输出5大模块组成.实验系统信号来源是380V 交流电,谐波源是由阻感负载三相不控整流桥产生.三相电流经过CSK7~5A 霍尔元件将电流信号转换成电压信号,再通过幅值调节使其成为满足DSP 输入信号要求的0~ 3.3V 电压范围,分别连接到T M S320F2407A 的112、110、107管脚进行A/D 转换[4].134贾红芳等:基于DSP的并联型有源电力滤波器控制系统设计图5 实验系统结构开始系统初始化捕获功能初始化布判断外部上升沿是否到来否是启动定时器T 4进行A/D 转换查表求sin t 、cos t 的值计算谐波电压结束图6 主程序流程图同步电压信号是a 相电压经过电压互感器PT 204C,再通过运算放大器LM 353整形后进入锁相环CD4046进行100倍频,连接到TM S320F2407A 的88管脚作为A/D 转换信号的触发信号,保证相位的同步性[5].3 APF 系统软件的设计软件实现的主要功能是外部电路送来的A 相电流同步方波信号的捕获、定时器启动、A/D 转换启动、产生标准正余弦值、计算谐波电压补偿指令、数据输出.主程序流程见图6.4 实验结果及分析实验系统信号来源是相位互差2/3的三相工频(50H z)380V交流电,谐波源是由阻感负载三相不控整流桥产生,电感80mH 、电阻22 .采用数字式示波器和电能质量分析仪记录实验波形.图7所示为补偿前的电流信号,其中通道1显示A 相电流.图8为补偿后的电流波形图;图9所示为补偿前电流的FFT 波形,图10为补偿后的电流FFT 波形.图7 补偿前的电流波形图图8 是补偿后的电流波形图135第6期湛江师范学院学报(自然科学)第31卷图9 补偿前电流的FFT波形图10 补偿后的电流FF T波形补偿后的电流波形如图10,从图中看出,补偿后的电流波形部分有干扰,使补偿的效果受到影响.从补偿前后的FFT波形可以看出,补偿前的电流中以5、7次谐波为主,畸变率分别为17.75%和8.73%.补偿后5、7次谐波明显减少,畸变率分别为4.02%和3.61%.5 结 论本文介绍了一种基于DSP芯片T MS320-2407A实现的并联型有源电力滤波器实验装置.实验结果表明,基于DSP的APF数字化控制系统对产生谐波源的负载有很好的补偿效果,从电源侧观察,谐波得到了很好的抑制.以DSP芯片实现所有控制环节,减少了电路的其它器件,简化了电路,提高了系统集成度,降低了成本;同时获得了较高的计算速度和计算精度.参考文献:[1]T i公司.Space-V ector PW M Wit h T M SC24x/F24x U sing Har dw are and Soft war e D et ermined Sw itching P atterns[EB/OL] [2006-07-20].http://w w /ems/Pow er Conver ter.[2]潘军,王君艳.基于DSP的有源电力滤波器控制系统设计[J].微处理机,2007,2(1):11-12.[3]白忠敏,何见光.电流互感器的合理选择与综合利用[M].北京:中国电力出版社.1998.[4]刘和平,严利平,张学锋,等.T M S320L F240x DSP结构、原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[5]张雄伟,曹铁勇.DSP芯片的原理与开发应用[M].2版 北京:电子工业出版社,2000.Design of DSP Control System for Shunt Active Power FilterJIA H ongfang,FEI Juan(School of Information Science and Technology,Zhanjiang Normal College,Zhanjiang524048,Guangdong,China)Abstract:A kind of shunt active pow er filter(APF)of three phase and three w ir es device based on dig ital sig nal processor w as desig ned and the dev ice structur e,hardw are and so ftw are design w er e intr oduced. The experimental r esults show that expected effects of g ood suppression of harmonic w as achieved.The w av eform of g rid current is quite close to sine w ave.Key words:DSP;T MS320F2407A;contr ol system;hardw are design136。
并联混合型有源电力滤波器及其电流控制方法
并联混合型有源电力滤波器及其电流控制方法提出了一种并联混合型有源滤波器新的控制方法。
首先给出并联混合型有源滤波器的拓扑结构，并推导出该结构的滤波原理。
设计了控制函数，利用被控参数的符号获得逆变器中开关器件的触发信号。
这种新的控制方法简化了电流检测算法，省略了脉宽调制方法，同时保证了系统的稳定性。
将这种新的控制方法应用到并联混合型有源滤波器，并进行仿真，结果证明该控制方法使并联混合型有源滤波器具有良好的滤波效果。
标签：有源滤波器，谐波抑制，电流控制1 引言近年来，由于配电网谐波等问题，给供电和用电企业造成了巨大的经济损失。
有源滤波器成为改善电能质量、节能降耗方面的研究热点之一。
在高压大功率场合一般采用混合型有源电力滤波器[1-2]。
有源滤波器（APF）的控制方法将直接影响系统的响应速度和谐波治理效果，故而成为目前有源滤波技术的研究重点。
一系列的控制方法被提出，如线性反馈控制[3-4]、非线性控制[5]、迭代控制[6]、神经网络控制[7-8]、自适应控制[9-12]等等。
它们具有各自的优势，其特性存在一定差异。
本文在分析并联混合型有源滤波器原理的基础上，提出一种用于并联混合型有源滤波器新的控制方法，保证了系统的稳定性，并且使并联混合型有源滤波器具有良好的滤波效果。
本文利用仿真对所提方法进行验证。
2 并联混合型有源电力滤波器的拓扑结构及其滤波原理并联混合有源电力滤波器不仅能较好治理大功率电网中的谐波，而且能够补偿大容量的无功功率，其结构图如图1所示。
并联混合有源电力滤波器包括无源部分和有源部分。
无源部分为无源滤波器组，可以由5次无源滤波器、7次无源滤波器、11次无源滤波器等单调谐滤波器组成，可以根据现场实际需要选定。
7次无源滤波器和并联电感L1串联，形成谐波注入支路。
L0为有源部分滤波电感。
并联混合有源滤波器采用阻抗分压法降低有源部分承受的基波电压，有源部分的输出经滤波电感后接在隔离变压器的原边，采用7次单调谐支路和串联的小电感进行分压，使有源部分承受的电压很低，降低了逆变器的容量。
基于数字化滞环电流跟踪比较控制的并联有源滤波器研究
ｕｔｏ １ … ｍ ｋ ｄ ｄ ｕ ￣ ｌ ｉ ． ０ ｌ Ｐ
高新 技 术
基 数字 滞 流 踪比 控 并 有 滤 器 究 于 化 环电 跟 较 制的 联 源 波 研
程 海 婴
（ 阜新矿务局职工 大学专业部 ， 辽宁 阜新 １３０ ） ２ ０ ０
摘 要 ： 对 目前 电力 系统谐 波检 测 中电流跟踪 控 制 的缺 点 与不 足 ， 用 了预测 跟踪 电流控 制 方 法 ， 方 法将 传统 滞 环跟 踪 比较 器 针 采 该 数 字化。 并加 以改进 成 为定 频数 字化 滞环 电流 跟踪 比较 器 ， 而克服 了传 统 滞环控 制 因环 宽 固定 而使 受控 开关 器件 的开 关频 率不 固 从
１前 言 近 年来 ，非线 性 负荷 的广泛 应用 对供 电 质量造 成 了严 重污 染 ，电力 系统 中 的谐 波 日 益严 重 ， 同时保 证 电 网安 全 、 定运 行 ， 用 稳 为 户提供 高质量 的电能 的要求 越来 越 高 。有 源
— — — — — — — ． — — — ． — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — ．．
星
一
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图 ２并联 型有 源 滤波 器的控 制 系统 结构
采 样 点若不 在此 刻， 要通 过 需 前 几个 采 样点 的值 进 行 拟合 ，
一
１ ４一
中国新技术新产品
定． 致逆 变器开 关动作 随机 性过 大， 利于逆 变 器保 护 的缺点 。 导 不 关键 词 ： 源滤波 器 ； 有 电流跟踪 比较 器 ； 波 谐
模块 ； Ｓ Ｄ Ｐ芯 片经过 分 析采集 的电 ｔ逭 对 噜 断 藤 络 “ Ｊ 流信号 ， 检测 出谐 波含量 并输 出控 制信号 ， 控制 信号 经过驱 动 电路放 大、 隔离 ， 往 ＩＭ模 块 ： Ｍ 模块 送 Ｐ Ｉ Ｐ 产生 Ｐ ＷＭ 输 出 信号 ，控 制 ＩＢ ＧＴ Ｉ 掸 ， ， ｌ 袋Ａ ～ ｖ 电力滤波 器作 为抑制 谐 波 的有 效 手段 得到 了 变 流器 ； 器产生 指定 的补偿 电 变流 流 ， 电网 电流进行 补偿 。 对 广 泛 的重视并 取得 了很大 的发展 ｌ ｌ 】 。 椭 ｊ 电 洫 ｊ 黥 的 ＿横 代 外 墒 ｆ ； ｉ ＝ ｌ ｝ ｛ 芄 ｝ ＿ ； 有 源滤 波器 的结 构如 图 １ 示 。有源 电 所 Ｄ Ｐ是 整 个 数字 控 制 系统 的 Ｓ ｌ 力滤 波 器 的实 质就 是一 个 任 意波 形 发 生器 。 核 心 ， 文选 用 Ｔ 公 司 的 ＤＳ 本 Ｉ Ｐ芯 ｌ ｛Ａ ． ｝ ｜ ｉ ｒｖ 辫・ 通 过一 定 的算 法 检 测到 负荷 侧 的谐 波 电流 ， 片 ，采用 多级 流水线 ＿ 作 方式 ， ＿ ｒ ＝ 具 ● 就 发出相 应的 补偿 电流 ，从而 达 到补偿 的 目 有 强 大 的指令 系统 和 高速 的数 据 ｛八公 ℃（ ） ， ｌ Ｉ ５ 辣ｉ ｊ ｃ 的。经补偿 后 系统 电流 ｉ将 接近 理想 的正 弦 处 理功 能 ，片 上 有 丰 富 的外 设 资 ｓ ｑ断瑶嘲 Ｊ 波 。主要有 三个 部分 构成 ：谐 波 电流检 测 回 源 ， 主要 有模数 转换 模块 （ Ｄ ）事 Ａ Ｃ、 路 、 制回路 和 Ｐ 控 ＷＭ逆 变 器 。其 中， 波 电 件 管理器 模 块（Ｖ 、 谐 Ｅ ）串行 外设 接 口 流检 测 回路 和控 制 回路 是 有源 滤波 器 的关键 模 块 ｆ Ｉ 串行 通 信 接 口模 块 Ｓ） Ｐ、 部分 。 实时 、 精确地 检测 出负荷 电流 中的谐 波 ｆＳ Ｉ Ａ 控 制 器 模 块 ｆ Ａ ） Ｃ Ｃ） ，Ｃ Ｎ ｅ Ｎ Ｃ 成分 ， 并且实 时 、 可靠地 控制 高频 逆 变器 的开 等 ， 速完成 整个 控制方 案 。 快 关工 作是保证 有 源滤 波器补 偿效 果 和精度 的 ３电流 跟踪控 制实 现 代凡 （） “ Ｉ Ｉ－ 凳 ｓ 搿 ； － － ＾ － 关键 。 本 文 采 用预 测 电流 跟踪 控 制 ‘ 法 是 一 种 数 ｌ ｌ 衲 Ｉ ＩＩ 括 讯 “ 城敬 字 化 Ｐ ＷＭ ｅｓ 控 制方 法 。 其 基 本 思 路 是 在 开 关 周 期 的起 始 处 ， 对 图 ３ 预测 电流跟 踪控 制 法的流程 指 令 电 流 信 Ｉ 有源滤波 器． ｊ 号 与补偿 电流 信号 比较 求出 ｉ（ ＋ ｔ， ￣ｋ Ａ 再计算 △ Ｔ ） ｔ来确定开关模式 ｊ 的 误 差 信 号 进 行 采 样 ， 并输 出直 至开 关周 期结 束 。预测 电流 跟踪控 图 １并联 型有 源滤 波器原 理 图 根据 误 差信 号 的正 负确 制 流程如 图 ３ 示 。 所 ２并 联有 源滤 波器 控制 系统 结构 及 Ｔ作 定逆 变器 开关 器 件 的通 断， 分别 实 时检 测 、 并 ４ 结论 原理 计 算 指 令 电流 信 号 和 补 偿 电 流 信 号 的 变 化 仿真 结果 表明 ：该 方法是 电力 系统 谐波 控制 系统 是并联 型 电能 质量 控制 器 的核 率 ， 算 在恒 定 的 开关 周期 情 况 下 ， 宽 度 检测的新方法 ， 计 滞环 达到了高速度 、 高精度 的算法 心。本文采 用 以 Ｄ Ｐ为核 心控 制器 的全数 字 及 Ｐ Ｓ ＷＭ 占卒 比， 巾此产 生 同定频 率 的 Ｐ 要 求 ， ＷＭ 提高 了系统 的实时性 ， 全可 以达 到抑 完 控 制方案 。控制 系统 检 测主 电路 的 电压或 电 信 号 。 制 谐波 的 目的 ，实验 系统 电流 的谐 波 总畸变 流信号 ， 经相应 的运 算 ， 生 占空 比变 化的脉 产 预测 电流跟 踪 控制 法主要 是 在定 时 中断 率 由有 源 滤 波器 投 入 前 的 ２ ． ％降 至 １ ２ Ｏ８ ７ ． ３ 动 信号 ， 动变 流器 中的 开关器 件 动作 ， 驱 实现 服务 程序 中实现 。当每次 开关 周期 Ｔ 定 时 时 ％。 电力 系统谐 波检 测的新 方法 ， 该 达到 了高 对 主电路 的控制 。 统结构 的示 意图 如图 （ ） 间 到时 ， 人 中断 服 务 子程 序 ， 判 断 采样 速 度 、 系 ２ 进 首先 高精 度 的算 法要 求 ， 高 了系统 的实 时 提 所示 。 误差 △ 的 负确定 开 关模 式 并输 出 ，采用 性 ， ｉ 完全 可 以达到抑 制谐 波的 目的 。 其Ｔ作 原理 为 ：系统通 过 电 传感 器采 预测公 式 （ Ｌ △ ／）一 ２ ｖ × ￡ Ｔ。 “ ， 参 考 文 献 到电 网电压信 号 ，经过 电压 过零 点检 测送 往 Ａ４ “ ｆ Ｌ ， 求 本 次 开 ［ 吕润馀 ． １ 】 电力 系统 高次谐 波 ［ ． ： Ｊ 北京 中国电 ］ Ｄ Ｐ的 外部 中断 ，作 为 Ａ Ｆ的 同步 信 号 ； Ｓ Ｐ 通 关 周期 内满 足同定 频率 的 ｅ 而利用 力 出 版 社 ．９ ８ １９． ， 进 ｃ 】 ¨ △ ＋ １ 过 电流传 感器采 集 到 电网 电流 、 负载 电流 、 补 【 宁改娣 ， 拴科 ．Ｓ 控 制 器原 理及 应 用『 ． ２ 】 杨 ＤＰ Ｊ ］ Ｊ — — — — — — — —— — 一 ， ＾ — — — —— — — — — —— — 、 偿 电 流 ，经 过放 大环 节输 入 到 Ｄ Ｐ的 Ａ Ｄ ｌ １ ／ 【） Ｓ Ｃ ｛ ） ｒ ＿。 【 一 １ ＿ Ｉ１ 式求 占 比 （’ 北京 ： 学出版社 ，０ ２ ／ ） 空 计 科 ２０ ． 算 开关模 式输 出时间 △ ｔ 。计 『１ ． ） ３王璐 ． 于 Ｄ Ｐ的有 源 滤波 器研 究 ． 南 交 基 Ｓ 西 算 的时 间 间隔 就 是相 应 桥 通 大 学研 究生 学位论 文 ２ ０ ．． ０ ３６ 臂 上 的脉 冲信 号 ０或 １ 态 『】 时胜 ， 伟 栋 ， 颖 ．Ｓ 状 ４王 黄 周 Ｄ Ｐ在 电 力有 源 滤 在 时间轴 上 的宽度 。其 中 ： ＞ 波器 的应 用研 究 ． 昌大 学 学报 ， ０． 南 ２ ３５ ０ ２ ０ ＝ ｌ ０，＝Ｉｖ一 １Ｏ ｐ＝ （） ６ ５ ． ， ２ １ ａ ；ｊ ｕ＞ ， １： ￣ ９ ＜ 。 ５ ２Ｖ １ ０Ｂ １ ； Ｉ ， ＝ 。启 动 各 桥 臂 ｆ 李 平 ， 小 河． 有 源 滤波 器预 测 电流跟 ｊ ＜ ５ １ 刘 并联 △ 。 时 ， 时 时 间 到 ， 入 相 踪控 制 Ｐ ｔ定 ． 延 进 ＷＭ技 术 叭 电力建 设．０ ５ ５ ２０ ，． 应 桥 臂 △ 。 时 中断 服 务 程 ｔ定 ， 序， 样此 刻 ｉ （ ＋ ｔ ， 的 采 ＊ｋ Ａ ￣Ｔ ）
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综合式(12)、(14)可得
us = is
(15)
E KIs
为使有源电力滤波器正常工作，达到所要求的
补偿效果，必须使直流侧电容电压 E 维持足够高且
保持稳定，以保证有源电力滤波器在没有输出补偿
电流时各桥臂二极管的反向偏置，在进行动态补偿
uAA′
us+E t
us−E
dTs
(1−d)Ts
iaf
iaf(k+1)
iaf(t)
kTs
t
t (k+1)Ts
图 3 接入电感 Lf 的电压和电流波形
Fig. 3 Inductor voltage and current waveform of Lf
由图 3 可得
iaf
(t)
=
iaf
(k
)
+
us
+ Lf
ua ia
A
ila
O
ub ib B
uc ic C
ilb 负载
ilc
iaf Lf ibf icf
+
A′
E-
B′
O′
C′
+ E-
图 1 主电路结构图 Fig. 1 Diagram of the main circuit structure
由电路的对称性可知稳态时存在UOO′ = 0 ，因 此可将其等效为单相电路分析，图 2 给出了单相等 效电路。图中 Lf 为连接电感；uaf 为电压源型逆变器 输出电压，根据上桥臂和下桥臂开关的状态可取为 E 或−E；il 为非线性负载电流，包括负载的基波有 功电流、无功电流和谐波电流；iaf 为流过连接电感 的电流，即有源滤波器注入系统的补偿电流，其值 通过加在连接电感两端的电压来调整，使补偿电流 等于非线性负载的谐波和无功电流之和，以保证系 统侧电流为基波有功电流。忽略系统侧线路阻抗， 即假设接入点电压与系统电源电压相等，电源电压 波形畸变很小，可认为是理想的正弦电压，并且 A、 B、C 三相对称。系统稳定后，系统电流 is 与电源
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本有源电力滤波器数字控制方法
Vol. 29 No. 24
本文提出一种新的并联有源电力滤波器数字 控制方法，该方法与传统控制方法相比有如下优 点：①无需计算谐波和无功电流，控制系统的计算 量明显减少；②无需检测负载电流和有源滤波器的 补偿电流；③控制算法简单，易于实际应用；④克 服了传统数字控制延时对有源滤波器补偿性能的 影响。本文将通过仿真和实验结果验证所提出控制 方法的可行性和有效性。
KEY WORDS: Active power filter ； Harmonics ； Digital control；Pulse width modulation；Power system
摘要：提出了一种基于系统电流检测的并联有源电力滤波 器数字控制方法，应用于以 PWM（Pulse Width Modulation） 电压源型变流器为主电路结构的并联有源电力滤波器中， 对三相三线制系统中非线性负载的谐波和无功电流有理想 的补偿效果。该控制方法只需检测系统电流和直流侧电压， 无需参考电流，与传统控制方法相比具有检测量少、计算 简单等优点。文章给出了理论分析和仿真结果，并以 ADMC326（DSP）为控制核心设计了一套三相并联有源滤 波器实验装置。仿真和实验结果证明了所提出控制方法的 可行性和有效性。
第 29 卷 第 24 期 2005 年 12 月
文章编号：1000-3673（2005）24-0049-05
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM714 文献标识码：A
Vol. 29 No. 24 Dec. 2005
学科代码：470⋅4051
基于系统电流检测的并联有源 电力滤波器数字控制方法
直流侧电容电压必须大于交流电压峰值。稳态条件
下电容电压保持恒定值。为便于分析作如下假设：
①直流侧电容足以维持直流侧电压不变；②开关频
率远大于系统频率。则可认为在一个开关周期 Ts 内电源电压和直流侧电压 E 保持不变。
由电感元件的特性可知，接入电感两端电压
uAA′ 与其补偿电流 iaf 之间满足
uAA′
E
dTs
(7)
iaf
(k
+
1)
=
iaf
(t)
+
us − Lf
E
(1 −
d
)Ts
(8)
由式(7)、(8)可得
iaf
(k
+ 1)
=
iaf
(k )
+
2E Lf
dTs
−
us + Lf
E
Ts
(9)
整理可得
d
=
1 {1 − 2
us E
+
Lf ETs
[iaf
(k
+ 1) − iaf
(k )]}
(10)
稳定后的直流侧电压 E 与电网相电压幅值 Us
满足
E = KUs
(11)
式中 K 为比例系数。
由前述分析可知，系统稳定后可将负载和有源
电力滤波器的并联等效为一个纯阻性负载 Rl，即
us = Rlis
(12)
可表示为
Us = Rl Is
(13)
式中 Is 和 Us 分别为 is 和 us 的幅值。
由式(11)可得到直流电压为
E = KRlIs
(14)
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第 29 卷 第 24 期
电网技术
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适当的开关占空比就可使补偿电流跟踪控制目标。 图 3 给出了在一个开关周期内接入电感电压和电流 之间的关系。为表示方便，将 k 时刻的补偿电流值 iaf (kTs ) 及 k + 1 时刻的补偿电流值 iaf [(k + 1)Ts ] 分别 记为 iaf (k ) 和 iaf (k + 1) 。
实际输出可以完全跟踪控制目标，即保证系统电流
与系统电压呈线性关系。由图 2 可知
uAA′ = us − uaf
(1)
uaf 的值取决于逆变器开关状态，上桥臂导通下
桥臂关断时 uaf = E ，下桥臂导通上桥臂关断时
uaf = −E 。逆变器同一桥臂上下开关工作在互补状
态，假设下桥臂开关的占空比为 d，则上桥臂开关
有源电力滤波器的补偿性能很大程度上取决 于所采用的控制方法，其控制系统由指令电流运算 电路和补偿电流控制器两部分构成。指令电流运算 电路负责检测补偿对象中的谐波电流，能否实时准 确地检测谐波电流直接影响到有源电力滤波器的 补偿性能。目前采用的谐波电流检测方法有：瞬时 无功理论法、同步旋转轴方法、快速傅立叶变换法、 自适应检测法等[3-8]。现有的谐波电流检测方法算法 复杂、计算量大，因此实时性较差。补偿电流控制 器负责控制变流器产生一个与谐波电流大小相等 相位相反的补偿电流，采用的控制方法有：滞环电 流控制方法、三角波电流控制方法等[9-13]。这些控 制方法具有响应速度快、精度高的优点，但不易实 现数字化。文献[14]提出了无差拍调节控制方法，该 方法适用于数字控制，可保证输出与参考量之间无 延时，但计算量较大，实际应用时对硬件要求较高。
Harbin 150001，Heilongjiang Province，China）
ABSTRACT: On the basis of system current detection a novel digital control method for shunt active power filter is proposed. Applying the proposed method to the shunt active power filter in which the pulse width modulation (PWM) voltage source converter is adopted in the main circuit, in the three-phase three-wire system the active power filter can effectively eliminate harmonics of nonlinear load and compensate its reactive current. In this control method only system current and DC side voltage are to be detected and no referential current is needed. Comparing with traditional control methods, the advantages of the proposed method are simple calculation and less operating parameters to be detected. Here, the theoretical analysis and simulation results of the proposed method are given in detail, and a prototype of three-phase shunt active power filter is designed in which the digital signal processor chip ADMC326 is used as the core of the control. The results from simulation and tests verify the feasibility and effectiveness of the proposed method.