第二章 有源电力滤波器的原理

2。1引言

有源电力滤波器（Active Power Filter, APF）由于具有动态响应速度快、补偿准确度较高以及补偿性质的可适应性性能较强等巨大的优势得到了非常广泛的运用。为了能够减小谐波电流这一指标，有源电力滤波器要向电网侧根据所测出的电流来发出一个大小相等，方向相反的补偿电流，又因为谐波电流通常都有着频谱复杂，突变性强等的特点，所以在APF控制对象和相应的拓扑结构已经确定的时候，产生的补偿电流所需的控制方案通常就决定了APF的总体性能补偿的优劣。论文网

在APF闭环控制系统中，电流环节的控制器性能的优劣左右着其跟踪补偿的性能。对于普遍经典的PI控制的系统虽然能够做到无静差式的跟踪直流量，但是就APF系统而言，它的跟踪补偿的对象是由多次数的谐波正弦信号所叠加而成的，此时如若延用经典PI的控制方法必然就会产生跟踪误差的问题，最终导致补偿的效果不理想。现有的一种提出在多旋转的坐标系下，将相应的PI控制器对该高次谐波分量进行设置从而进行无差跟踪的方法，可是该种方法波及到多次的坐标变换过程，运算比较复杂，反而加重了控制器的负担。

本文针对单H桥三电平APF提出了一种基于矢量谐振控制（Vector Proportional Resonant Control）对指定次数谐波进行补偿的方案。对单H桥三电平变换器进行建模分析，设计采用矢量谐振控制器进行选择性补偿控制，从而避免了传统谐振控制方案的谐振峰的出现，达到了更好的补偿效果。

2。2 有源电力滤波器的原理分析

如图所示为APF系统的组成原理图解。其中us是交流电源，负载端是非线性的谐波源，它会生成污染谐波并且耗损无功功率，制造污染。APF系统由两大部分构成，其中一个是指令电流运算电路，还有一个是补偿电流产生电路（由电流跟踪控制电路、驱动控制电路和主电路三个部分构成）。这里，第一个电路的核心就是为测出补偿器件电流中的谐波和无功电流等数据，所以也叫做谐波和无功电流检测电路。后者电路的作用是凭借首个电路获取到的补偿电流的指令数据，发出现实的补偿电流。主电路目前都纳用PWM变流器或者逆变器。

如图所示APF的基本工作原理是：利用对补偿器件的电压、电流的检测，将所得结果传递由指令电流的运算电路，由此算出所需要补偿电流的指令数据，进而经过产生电路把此数据信息放大，从而得出补偿电流。补偿电流通过与负载端电流的谐波以及无功电流等相互抵消，获为最终期许的较纯净的电流。例如当要补偿的负载端发出电流的时候，APF测出了补偿器件负载端电流iL的谐波分量iLB，并将其做极性反向处理后当做补偿电流的指令信号i*C，再经由补偿电流产生电路施发与负载端电流中的谐波分量iLh巨细相同、方向互易的补偿电流ic，从而彼此互相抵消，这样谐波就会大大减少。如次就抑制了谐波。这个原理可以用下面的一组公式来描述：          （2-1）

其中，iLf——负载端电流中的基波分量。

若是需要APF在补偿谐波工作时，能够做到补偿负载端的无功功率，那么只需要在补偿电流的指令信号中加大与负载端电流的基波无功分量反极性的分量即可。那么，补偿电流与负载端电流中的谐波和无功功率部分相互抵消，电源电流也就相当于负载端电流基波的有功分量。

2。3谐波检测

由APF的原理已经得知，其控制系统是由两个大部分构成的，指令电流运算电路和补偿电流产生电路。而要很好得完成对谐波电流的补偿，谐波检测环节就很关键。