基于虚拟磁链的APF准谐振控制研究
基于虚拟磁链定向的PWM整流器控制方法研究
基于虚拟磁链定向的PWM整流器控制方法研究侯兆然【摘要】基于电网电压矢量定向（VOC），考虑PWM整流器结构与交流电机电路结构的相似性，采用类似交流电机磁链观测的方法，构造电网的虚拟磁链作为矢量控制的定向，建立通用的虚拟电网磁链定向（VFOC）的双闭环矢量控制系统。
与传统的VOC方案相比较，VFOC方案可以省去交流电网电压传感器，既可以节省空间又可以降低成本。
为了解决在观测虚拟电网磁链的过程中，初始值偏差对控制效果的影响，提出一种抗积分饱和的初始值观测处理方法，可以有效地解决初始值给虚拟电网磁链观测器带来的误差。
试验验证了采用VFOC可以实现单位功率因数PWM整流控制，且控制器具有较好的静态稳定性和动态快速性。
%Based on the grid voltage vector orientation (VOC), considering the similarity of PWM rectifier circuit structure and the structure of AC motors, this paper uses AC motors similar flux observation method, constructs virtual grid flux vector control as directed, and establishes a common virtual grid magnetic chain orientation (VFOC) of double-loop vector control system. Compared with the traditional VOC program, VFOC program can save AC grid voltage sensor, which can both save space and reduce costs. In order to solve the effect of the deviation of initial value on the control effect in the virtual grid flux observation process, it proposes an anti-windup initial value observation approach, which can effectively solve the error of the virtual grid flux observer due to initial value. Experimental verification using VFOC can achieve unity power factor PWM rectifier control, and the controller has better static stability and dynamic speediness.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2014(000)021【总页数】5页(P105-109)【关键词】无传感器;虚拟电网磁链;矢量控制;PWM整流器;VOC【作者】侯兆然【作者单位】许昌学院，河南许昌 461000【正文语种】中文【中图分类】TM461PWM整流技术相对于二极管静态整流具有先天的优势，可以实现单位功率因数运行，可以将电能回馈到电网中，对快速变化的负载具有快速响应能力等优点[1-2]。
适用于微网谐波补偿的APF抗扰动控制新方法
（２０１５ＡＡ０５０１０２）； 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１３１１ｌ１２２）．
力 电 子 装 置 得 到 了 广 泛 应 用 。 一 方 面 ，这 有 利 于 实 现微 网运 行 的灵活 控 制 ；另 一方 面 ，非 线 性 的 电 力 电子装 置 也 在 一 定 程 度 上 加 剧 了谐 波 畸 变 问 题 ¨ 』。因 而 ，在 微 网 的 运 行 与 控 制 中需 要 广 泛 应用 有源 电力 滤 波 装 置 ，以抑 制 谐 波 畸变 。同 传 统 的两 电平 结 构 有 源 电力 滤 波 器 相 比 ，三 电 平 的 有源 滤波 器不 仅 降低 了原 有 电力 电子 开关 的承 受 电压 强 度 ，同时 也 可 以有 效 降低 电 力 电 子 开 关 的
适 用 于 微 网 谐 波 补 偿 的 ＡＰＦ抗 （华 北 电力 大 学 新 能 源 电力 系 统 国 家 重 点 实 验 室 ，北 京 １０２２０６）
摘 要 ：提 出 了 一种 适 用 于微 网 中进 行 谐 波 补 偿 的 有 源 滤 波 器抗 扰 动 控 制 新 方 法 。 首 先 ，基 于 非 正 弦 交流 电 路 中扩 展 的 欧姆 定律 对 有 源 滤 波 器 的 三 相 输 出滤 波 器等 效 电 阻和 等 效 电感 参 数 进 行 在 线 实 时 检 测 ； 然后 ，将 实 测 的 等 效 电 阻 和 等 效 电 感 参 数 送 入 到 有 源 电力 滤 波 器 的控 制 器 中更 新 相 应 的控 制 参数 ，实现 有 源 滤 波 器 抗 滤 波 器参 数 扰 动 控 制 。 同 时 ，在 有 源 滤 波 器 电 压 控 制 外 环 引入 自抗 扰 控 制 ， 实现 有 源滤 波 器 直 流 电压 的抗 干扰 控 制 。仿 真 结 果表 明 ：提 出 的 方 法 可 以 提 升 有 源 电 力 滤 波 器 的 稳 定 性 ，提 高 有 源 电 力 滤 波 器 的 谐 波 补 偿 精 度 ， 改善 了 有 源 电 力 滤 波 器 直 流 电 压 的 暂 态 响 应 特 性 。 关 键 词 ：有 源 滤 波 器 ；谐 波 补 偿 ；自抗 扰 控 制 ；在 线检 测 ；滤 波 器 ；微 网 中 图分 类 号 ：ＴＭ７１４．３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１００７—２６９１ （２０１８）０１—００１４—０８
基于虚拟磁链的APF准谐振控制研究
基于虚拟磁链的APF准谐振控制研究*史丽萍1，蔡儒军1，李天玉1，张晓蕾1，罗朋1，高月奎2（1. 中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008；2. 枣庄矿业集团蒋庄煤矿，山东滕州277519）摘要：传统基于瞬时无功功率理论检测方法需用到锁相环对电网电压进行锁相，在网侧电压波形畸变、频率波动等恶劣电网环境下会影响检测的准确性，提出了一种改进的控制方案。
采用基于虚拟磁链的定向方法来得到与电网电压同频同相的相角信号，通过在低通滤波器的输入端设置交叉补偿环节，避免积分器饱和现象出现，提高磁链观测的准确性。
在旋转坐标系下，三相并联有源滤波器数学模型的d轴和q轴之间存在耦合，这里采用状态反馈解耦控制和电网电压前馈的方法实现解耦控制，避免了电网电压扰动影响，采用准谐振控制器有针对地对特征次数谐波进行补偿。
仿真结果验证了该控制方案的有效性。
关键字：有源电力滤波器；虚拟磁链观测器；解耦控制；准谐振控制器中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1001-1390（2014）00-0000-00Quasi-Resonant Control of APF based on Virtual FluxSHI Li-ping1, CAI Ru-jun1, LI Tian-yu1, ZHANG Xiao-lei1, LUO Peng1, GAO Yue-kui2(1. School of Information and Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, Jiangsu, China. 2. Jiangzhuang Coal Mine of Zaozhuang Mining ( Group) Co. , Ltd. , Tengzhou 277519, Shandong, China ) Abstract: The detection method based on traditional instantaneous reactive power theory need rely on the grid voltage phase-locked loop (PLL), but that the network side voltage waveform distortion, frequency fluctuations and other adverse conditions will have great impacts on the detection accuracy. An improved control solution is proposed in this paper, which is based on a virtual flux orientation method to get the phase angle signal as same as the grid voltage frequency and phase. A low-pass filter is adopted at the input of cross-compensation link so as to avoid the integrator saturation phenomena and to improve the flux observer accuracy. In the rotating coordinate system, there are the coupling phenomena between d-axis and q-axis in the three-phase shunt active filter mathematical model. The state feedback decoupling control and grid voltage feed forward decoupling control method are taken to avoid the grid voltage disturbance effects. Moreover, the use of quasi-resonant controller will compensate the characteristic frequency harmonics. Simulation results verify the effectiveness of the control solution.Key words: active power filter, virtual flux observer, decoupling control, quasi-resonant controller0 引言随着电力电子器件等非线性装置的广泛应用，产生大量的谐波并注入到电网中，使电网的电压电流波形发生畸变，电能质量恶化[1]。
基于虚拟磁链的新型有源滤波器控制策略研究
Ｃｏ ｔ ｌ ｔａ ｅ ｙ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｗ ｎ ｒ ｒ ｔ ｇ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ Ｎｅ ｏ Ｓ
１ 概述
・
２ ０・
煤
矿
机 电
２１ 年第５期 ００
基 于虚 拟磁链 的新 型 有源 滤 波器 Biblioteka 制 策 略研究 任 巨庸
（ 开滦蔚州矿业公司 崔家寨煤矿 ， 河北 唐 山 ０３ １ ） ６ ０８
摘 要 ： 针 对 电力 电子器 件等 非线性 负载使用 中导致 电力 系统 中谐 波污染 严重 、 电压 波动及不平 衡 电压 电流 畸变过大 问题 ， 用虚拟 电网磁链 定 向原理将 对矢量 角 的观 测转 化为对 于磁链 的观测 ， 采
Ａｃ ｉｅ Ｆ ｌ ｒＢａ ｅ ｎ Ｖｉ ｕ ｌＦｌｘ ｔ ｉｅ ｓ ｄ ｏ ｒ ａ ｕ ｖ ｔ ｔ
Ｒ ＥＮ ｕｙ ｎ Ｊ —ｕ ｇ （ ｕ ｉ ｈｉ ｏｌ ｉｅ Ｋ ｉ ａ ｉ ｏ ｎｎ ｏ ， ｔ． Ｔ ｎｓａ ６ ０ ８ Ｃ ｉａ Ｃ ｉａ ａ Ｃ ａ Ｍｎ ， ａｕ ｎＷｅ ｈｕＭｉ ｇＣ ． Ｌｄ ， ａ ｇｈｎ０ ３ １ ， ｈｎ ） ｊｚ ｌ ｚ ｉ
ｌｏ ｏ ｐ，ａ ｄ ｈ ｓ ａ ｇ ｏ ｎｈｂ ｔ ｒ ｆｅ ｔｏ ｈ ｏ ｒ ｎ ａ ｏ ｄ ｉ ｉｉｏ ｙ ｅｆｃ ｎ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｄ ｄ ｓｕ ｂ ｎ ｅ ｉｔ ｒ ａ ｃ ．Ａｆｅ ｉ ａ ｉｎ ａ ｄ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｔ ｒ ｓｍｕｌｔ ｎ ｘ ｅ ｏ ｉ ｎ ｓ，ｔ ｅ ｇ ｏ ｈ ｏｄ
简述基于虚拟磁链的pwm整流器功率预测控制
TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化96 科学与信息化2020年2月中简述基于虚拟磁链的PWM整流器功率预测控制许明夏 李贺中车大连电力牵引研发中心有限公司技术中心 辽宁 大连 116052摘 要 本文提出一种新型的三相PWM整流器控制方法，使用模型预测控制(MPC)和空间矢量调制(SVM)，是直接功率策略的一种改进。
同时采用虚拟磁链观测器，无须电压传感器的情况下可以进行电网电压定向，相比于传统的PI控制算法，模型预测控制算法更为简单，且无须参数调节，在每个开关周期选择最佳的开关状态。
在一个典型的三相PWM整流器工作的条件，包括正常电网、电网电压突变和负载突变，对该方法进行了仿真，表明系统能够实现单位功率因数运行且具有良好的抗干扰性能。
关键词 PWM整流器；虚拟磁链；模型预测控制；直接功率控制前言在工业中，整流器得到普遍应用。
其中，二极管整流器因价格低廉、结构简单的特点，得到广泛应用，同时也存在一些严重的缺陷：输入电流严重畸变，有较大功率损耗且直流侧电压波动较大[1]。
针对这些缺点，产生了高频PWM 整流器。
相比于其他整流器，具有直流侧电压波动小、交流侧电流谐波含量小，并能够控制有功和无功功率。
PWM 整流器发展至今，产生了多种控制策略，如电流控制和直接功率控制(DPC)。
相比于电流控制策略，直接功率控制可以更为直接的实现单位功率因数运行控制。
然而，传统的DPC 控制策略使用功率滞环控制，需要较高的采样频率，而且存在开关频率不固定的缺点。
本文采用一种改进的无须电网电压采样的直接功率控制策略，即基于虚拟磁链的模型预测直接功率控制。
该方法使用了固定开关频率的空间矢量调制(SVM)，在每个固定的开关周期内，可根据功率和磁链估计，计算出下个开关周期最优开关状态。
同时，搭建仿真模型进行验证。
1 PWM整流器控策略1.1 虚拟磁链观测器根据虚拟磁链估计公式，可得：（1）式中D a 、D b 、D c 为三组桥臂的导通占空比；U dc 为直流侧电容两端电压，u α、u β、i α、i β分别为交流侧电压和电流在α、β轴的分量。
PSO优化的链式APF在外超导电源中的应用
PSO优化的链式APF在外超导电源中的应用文博;程思明【摘要】稳态强磁场超导磁体电源采用双反星型晶闸管整流技术方案,是一种典型的非线性负载,运行时会带来较大的无功冲击及谐波污染,会对电网以及其他用户造成很大干扰.选定有源电力滤波器(APF)作为超导磁体交流侧谐波抑制方案,针对三相半桥拓扑结构的容量限制,采用级联3H桥链式结构.在此基础上引入粒子群算法优化指令电流PI控制器的PI参数,实现谐波补偿的最优化控制.经仿真模型和样机实验表明,该链式有源电力滤波器具有良好的谐波补偿性能,其控制策略具有一定的参考价值.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2014(044)012【总页数】4页(P49-52)【关键词】超导磁体电源;谐波抑制;有源滤波;粒子群算法【作者】文博;程思明【作者单位】内蒙古工业大学电力学院,内蒙古呼和浩特010080;中国科学院强磁场科学中心,安徽合肥230031【正文语种】中文【中图分类】TM76我国在“十一五”期间要建设12项重大科技基础设施，强磁场装置名列其中。
该项目包括建立20—40 Τ稳态强磁场装置。
电源系统是稳态强磁场实验装置的关键子系统，外超导磁体的主电路采用三相双反星型整流电路［1］，其整流变压器的接法为△/Y/Y连接，原边容量约200kV·A，副边容量约280kV·A。
双反星型整流是典型的6脉波整流，在交流侧主要是6n±1次谐波［2］。
为了保证整个强磁场科学装置实验平台的安全可靠运行，本文研究了一套级联电压型有源电力滤波器方案，在此基础上引入粒子群算法优化指令电流PI控制器的PI参数，以实现谐波补偿的最优化控制。
相比现在变电站广泛采用的三相半桥拓扑结构，考虑外超导电源需要的补偿容量较大，本文采用级联7电平H桥拓扑结构。
其拓扑结构如图1所示。
图1为针对稳态强磁场装置网侧设计的级联多电平逆变器的拓扑结构，图1中ea，eb，ec为电网三相电压，ica，icb，icc为级联APF的输出电流，L为电感，C为直流电容，各逆变桥的直流电容相互独立。
基于虚拟磁链直接功率控制的APF研究
【 关键词 】 有源 电力滤波器 ； 功率控 制； 直接 虚拟磁链
０ 引 言
有 源 电 力 滤 波 器 （ Ｐ ） 一 种 动 态 抑 制 谐 波 和 补 偿 无 功 功 率 的 ＡＦ是
２１ 系 统 基本 原 理 ．
电 力 电 子 装 置 ， 能 对 幅 值 和 频 率都 变 化 的谐 波 和 变 化 的 无 功 同时 补 它 和 无 功 功 率 检测 得 到谐 波 电流 ，该 方 法 只需 要 在 两 相 静 止 坐 标 系 下 ， 偿 ， 而 成 为 近 年 来 众 多 学 者 广 泛 研 究 的 热 点㈦ 。 关 于 有 源 电力 滤 波 因 计 算 出 负 载 侧 电 流 的 瞬 时 有功 功率 和 瞬 时无 功 功率 ， 另 一 角 度 看 负 从 器 的 控 制 问 题 主 要 分 为 电 流 控 制 和 功率 控 制 。 流控 制 包括 直 接 电流 电 载 侧 功 率包 含基 波 和谐 波 功率 ， 因此 通 过 低 通 滤 波 器 即 可 后 得 到 谐 波 控 制 和 间 接 电流 控 制 ， 目前 应 用 比较 广 泛 的 方 法 ， 方 法 通 常 先 通 是 该 的有功功率 和无功功率 Ｑ 与传统 的电流 控制 系统相 比， 该方法 过 谐 波 检 测 环节 计 算 出 参 考 指 令 电流 ，然 后 控 制 ＡＰ Ｆ系 统 产 生 与 指 避 免 了将 功 率 转 化 为 电 流 时所 用 到 的 复 杂 坐 标 变 换 ， 化 了系 统 的运 简 令 电流大小相等 ， 向相反 的补偿 电流注 入电网 ， 方 以达到消除负载侧 算［ ３ １ 。 谐 波 和 无 功 的 目的 。 虚 拟 磁 链 直 接 功 率 控 制 有 源 滤 波 系 统 框 图 如 图 １所 示 ， 制 电路 控 直 接 功 率 控 制 策 略从 控 制 角 度 分 为 两 种 ：基 于 电 压 定 向控 制 的 分 为 直 流 侧 电 压 外 环 控 制 和 功 率 内环 结 构 ． 压 外 环 保 证 直 流 侧 电压 电 Ｄ Ｃ 控制 和 基 于 虚 拟 磁 链 定 的 Ｄ Ｃ控 制 ；从 功 率 环 开 关 信 号 产 生 的 Ｐ Ｐ 稳定在给定值 ， 内环 快 速 跟 踪 给 定 功 率 。 负 载 侧 计 算 出 的 瞬 时 有 功 功 控 制 方 式 上 分 为 不 定 频 直 接 功 率 控 制 与 定 频 直 接 功 率 控 制 。 是 采 用 若 率 与 ＡＰ Ｆ直流 侧 的有 功 功 率 Ｐ 之 和 作 为 有 功 功 率 给 定 ， 电 源侧 ２ 跟 开 关 表 及 滞 环 控 制 来 产 生 开 关 信 号 ，则 属 于 不 定 频 直 接 功 率 控 制 ， 若 的有功功率 反馈 值做 比较 ， 经过滞环 比较 器 ， 出开关信 号为有功功 输 是 采 用 Ｓ Ｐ Ｍ 模 块 来 代 表 开关 表 及滞 环 控 制 来 产 生 开 关 信 号 ． 属 ＶＷ 则 率 的开 关 信 号 ，实 际 的 无 功 功 率 与 给 定 的 无 功 功 率 ｑ， 比较 （ 般 将 一 于定频直接功率控制 。 ｑ 设 定 为 Ｏ 经 过 滞 环 比 较 后 ， 出 开 关 信 号 作 为 无 功 功 率 的 开 关 信 ） 输 文 章 根 据 虚 拟 磁 链 直 接 功 率 控 制 策 略 原 理 ， 过 瞬 时无 功 功 率 理 通 号 。通 过 虚 拟 磁 链 定 向 判 断 出 电 压 矢 量 所 在 扇 区 ， 根 据 有 功 开 关 信 并 论 计 算 无 功 功 率 和 有 功 功 率 ， 用 基 于 虚 拟 磁 链 定 向 的不 定频 直 接 功 采 号 ， 功 开 关 信 号 Ｊ 及 扇 区 判 断 结 果 ， 开 关 表 中 选 择 所 需 的 Ｓ， 无 ｓ 在 。 率 控 制 系统 ，理 论 分 析 电压 矢 量 扇 区判 断 与 开 关 状 态 选 择 的 方 法 ． 并 Ｓ， 驱 动 主 电 路 。 Ｓ 去 搭 建 ＭａｌｂＳｍｕｉｋ仿 真 平 台 ，验 证 基 于该 方 法 的 Ａ Ｆ系 统 补 偿 特 ｔ ／ｉ ｌ ａ ｎ Ｐ 性 优 良
基于虚拟阻抗方法的无电压传感器APF控制策略
性来抵消无功电流分量和谐波分量。仿真及结果验证了基于虚拟阻抗控制无电压传感器 APF，在较低开关频
率下，仍然具有较好的补偿性能。
关键词：有源电力滤波器；虚拟阻抗；无电压传感器
中图分类号：TM46
文献标识码：A
Voltage Sensorless Shunt APF Control Strategy Based on Virtual Impedance
开关损耗，在大功率场合不可避免地增加设备设 计和制造成本。
虚拟阻抗技术的原理是利用逆变器的可控 特性来虚拟出所需的阻抗值，进而达到均流或者 滤波的目的。目前国内外针对虚拟阻抗技术的 应用主要是在微网逆变器［9］、不间断电源［10］以及 逆变器并联均流控制 等 ［11］ 。由于有源电力滤波 器的控制目标是控制电网侧阻抗呈电阻性，因此 可以采用虚拟阻抗技术来模拟出需要的容性特 性来抵消无功电流分量和谐波分量，进而实现电 源侧功率因数为 1。
Key words: active power filter（APF）；virtual impedance ；voltage sensorless
随着电网中谐波污染的不断升级，有源电力 滤波器（APF）逐渐成为谐波治理的重要方法［1］。 目前 APF 的大部分控制算法大多应用于传统的 APF 结构，而且需要进行电压相位和电流双检测［2］。 传统并联型 APF 的基本思想大部分都采用平均 电流计算方法［3］。控制结构均采用电流电压双闭 环的形式，内环为电流环，外环为电压环。控制 方法主要有 ip-iq原理，预测控制［4］，谐振控制［5］，模 糊控制［6］，滞环控制和数字控制［7］等。上述方法 虽然能够实现谐波补偿的功能，但是其算法复杂 度和开关管工作频率均较高，增加了设计难度和
基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（61433004）；国家自然科学基金（51467007） 作者简介：张翠玲（1971-），女，博士，副教授，Email：nxzhangcuiling@
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基于虚拟磁链的APF准谐振控制研究*史丽萍1，蔡儒军1，李天玉1，张晓蕾1，罗朋1，高月奎2（1. 中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008；2. 枣庄矿业集团蒋庄煤矿，山东滕州277519）摘要：传统基于瞬时无功功率理论检测方法需用到锁相环对电网电压进行锁相，在网侧电压波形畸变、频率波动等恶劣电网环境下会影响检测的准确性，提出了一种改进的控制方案。
采用基于虚拟磁链的定向方法来得到与电网电压同频同相的相角信号，通过在低通滤波器的输入端设置交叉补偿环节，避免积分器饱和现象出现，提高磁链观测的准确性。
在旋转坐标系下，三相并联有源滤波器数学模型的d轴和q轴之间存在耦合，这里采用状态反馈解耦控制和电网电压前馈的方法实现解耦控制，避免了电网电压扰动影响，采用准谐振控制器有针对地对特征次数谐波进行补偿。
仿真结果验证了该控制方案的有效性。
关键字：有源电力滤波器；虚拟磁链观测器；解耦控制；准谐振控制器中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1001-1390（2014）00-0000-00Quasi-Resonant Control of APF based on Virtual FluxSHI Li-ping1, CAI Ru-jun1, LI Tian-yu1, ZHANG Xiao-lei1, LUO Peng1, GAO Yue-kui2(1. School of Information and Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, Jiangsu, China. 2. Jiangzhuang Coal Mine of Zaozhuang Mining ( Group) Co. , Ltd. , Tengzhou 277519, Shandong, China ) Abstract: The detection method based on traditional instantaneous reactive power theory need rely on the grid voltage phase-locked loop (PLL), but that the network side voltage waveform distortion, frequency fluctuations and other adverse conditions will have great impacts on the detection accuracy. An improved control solution is proposed in this paper, which is based on a virtual flux orientation method to get the phase angle signal as same as the grid voltage frequency and phase. A low-pass filter is adopted at the input of cross-compensation link so as to avoid the integrator saturation phenomena and to improve the flux observer accuracy. In the rotating coordinate system, there are the coupling phenomena between d-axis and q-axis in the three-phase shunt active filter mathematical model. The state feedback decoupling control and grid voltage feed forward decoupling control method are taken to avoid the grid voltage disturbance effects. Moreover, the use of quasi-resonant controller will compensate the characteristic frequency harmonics. Simulation results verify the effectiveness of the control solution.Key words: active power filter, virtual flux observer, decoupling control, quasi-resonant controller0 引言随着电力电子器件等非线性装置的广泛应用，产生大量的谐波并注入到电网中，使电网的电压电流波形发生畸变，电能质量恶化[1]。
面对电力系统谐波问题日趋严重的状况，传统的谐波抑制方法已难以满足现代电力系统的需要[2]。
有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)是进行谐波抑制的有效手段之一，相对于无源滤波器来说，APF具有动态响应速度快、补偿特性可根据负载工况动态变化和补偿精度高等优点[3-4]。
目前，APF市场前景十分广阔，研究APF进行谐波抑制具有重要现实意义。
能够将谐波分量从负载电流中分离出来是APF 进行补偿的前提，一般采用的方案为使用传统基于瞬时无功理论的检测法，需要用到锁相环，当电网电压波动，频率出现偏差较为严重时，锁相环可能无法进行相位锁定而处于失锁状态。
针对于这个缺陷，本文提出了一种采用虚拟磁链进行相位锁定的方法，省去了锁相环的应用。
比例谐振控制器在谐振频率处增益无穷大，其效果等同于对与谐振频率具有相同频率的正弦信号进行广义积分，即能实现无静差跟踪。
本文在dq旋转坐标系下，利用网压前馈和电流交叉进行解耦，采用准谐振控制器对特征次数的谐波分量进行重点补偿。
理论分析和仿真结果表明，所设计的APF能有效地抑制谐波。
1 基于虚拟磁链的i d-i q检测法基于虚拟磁链的i d-i q检测法的原理如图1所示，*基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20110095110014）i La 、i Lb 、i Lc 为静止坐标系下的负载电流，经派克变换到dq 旋转坐标系后，将i L 减去经过其通过低通滤波器得到的直流分量便能分离出谐波分量，d 轴再叠加上直流侧电压平衡控制量就能分别得到三相负载电流谐波和无功电流在dq 坐标系下的指令值i d *和i q *。
abc/dqLa i Lbi Lci LPFLPFvθ虚拟磁链观测器s e PIdcu ∆+++--*di *qi Ldi Lqi图1基于虚拟磁链的i d -i q 检测法原理图 Fig.1 Block diagram of i d -i q detection method based onvirtual flux由于锁相环对电网工况适应性差，本文提出了一种基于虚拟磁链的相位锁定方法来得到与网侧电压同频同相的相角信号。
磁链为电网电压的积分，由控制理论可知，积分环节实质为低通滤波器，当谐波信号经过积分环节时，n 次谐波幅值将以基波幅值的n 倍衰减，所以说积分器对于高次谐波分量有一定的滤除作用，因此在电网电压波动较大时，采用虚拟磁链观测器而得到相角信号是比较准确的。
由文献[5]可以得到虚拟磁链矢量的估算式如下：s αs βd d e t e t ψψαβ⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎰⎰ （1） 得到电网虚拟磁链矢量ψ的空间位置角θ为：2222sin /cos /θψψψθψψψβαβααβ⎧=+⎪⎨=+⎪⎩ （2） 虚拟磁链角θ和电网A 相电压相位角θV 应存在如下关系：V π2θθ=+（3） 由式（1）可以看出，对电网电压进行积分就能估算磁链。
但如果仅使用纯积分器来得到磁链矢量，则积分初值问题将会使得到虚拟磁链量存在偏差，并且纯积分器容易受到直流量的影响导致积分器饱和现象出现[6]，通常的解决办法是采用一阶低通滤波器1/（s +ωf ）来代替纯积分器(1/s )，而低通滤波器ωf 的选取需要在近似纯积分效果和对直流量衰减作用的矛盾之间折中考虑，文献[5]使用了两个串联低通滤波器和一个增益补偿环节来降低纯积分效果和直流量衰减的影响，本文在低通滤波器的输入端设置交叉补偿相位和幅值的环节，改善其观测精度[7]。
由式（1）得电网电压与磁链在频域下的关系ψ=u /j ω，采用低通滤波器代替纯积分环节：Ψ′=u /(j ω+ωf ) （4）式中 ω为电网电压角频率，ωf 为滤波器的截止频率。
低通滤波器与纯积分环节的幅值与相位的关系为：'22f f π(arctan )2ψωωψωωω=∠-+ （5） 设补偿函数为C ，则有：22f f π(arctan )2C ωωωωω+=∠- （6）当在滤波器环节用积分器进行补偿时：'s s e C e = （7）由此得改进的积分器补偿算法如下：'s αs αs αfs β's βs βf e e e e e e ωωωω⎧=-⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩（8） 引入补偿环节的虚拟磁链观测器原理图如图2所示。
f1s ω+f1s ω+ωf /ωωf /ω+++-ψαψβs αe s βe图2 引入补偿环节的虚拟磁链观测器Fig.2 Virtual flux observer with compensation link 2 并联型三相三线制APF 数学模型图3为并联APF 的主电路结构，忽略电网电阻和电感的影响，可以得到其在静止坐标系下的数学模型如下：aa sa ab b sb b cc sc cd d d d d d i L Rie u t i L Ri e u t i L Ri e u t ⎧+=-⎪⎪⎪+=-⎨⎪⎪+=-⎪⎩（9）非线性负载La i Lb i Lci sae sb e sce sa i sb i sc i RLa i bi ci au bu cu Cdci dc u n+-o图3并联APF 主电路结构 Fig.3 Shunt APF main circuit假设三相电网电压平衡，将式（9）由静止坐标系变换到旋转坐标系的数学模型如下式：d d sd q sd q q sq d sqd d d d i L Rie Li u t i L Ri e Li utωω⎧+=+-⎪⎪⎨⎪+=+-⎪⎩ （10） 由式（10）可以看出，d 轴和q 轴之间存在耦合，可采用状态反馈解耦控制方法[8]对其解耦，同时为抵消电网电压扰动的影响，在电流环引入电网电压前馈，结合检测和矢量脉宽调制环节便能得到图4所示的三相并联型APF 控制原理图。