【正文】 電流檢測環(huán)節(jié)仿真模型（2）電流跟蹤控制環(huán)節(jié)仿真模型。電流檢測模塊是在低通濾波器的后面疊加了直流側電壓控制環(huán)節(jié)的輸出信號，該信號是由經過PI調節(jié)器得到的調節(jié)信號。 采用基于PI調節(jié)器直流側電壓控制的有源濾波系統(tǒng)仿真模型的建立建立基于PI調節(jié)器直流側電壓控制的有源濾波系統(tǒng)仿真模型，該仿真模型由兩大部分組成：諧波源，有源濾波器。 根據系統(tǒng)參數和前章理論計算，綜合考慮，可得有源濾波器主電路參數：=1000V，C=4890F，L=， 負載模型 不對稱諧波源 諧波源特性仿真分析現對諧波源進行特性分析。在此仿真模型中，負載采用的是不對稱諧波源，有源濾波器并聯在負載側；有源濾波器諧波檢測采用的是 、 法，指令電流跟蹤控制采用的是SVPWM控制方式；有源濾波器直流側電壓控制采用的是基于PI調節(jié)器控制方式。直流側電壓控制環(huán)節(jié)采用PI控制方式。根據設計要求，仿真中的無功諧波電流檢測方法采用基于瞬時無功功率理論的 、 檢測法。 本章小結詳細分析了諧波電流檢測方法，比較了、算法和 、 算法，對并聯型有源濾波器系統(tǒng)的諧波采用 、 運算方式進行諧波電流的檢測，確定采用PI控制有源濾波器的直流側電壓，并通過對系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性分析確定比例積分系數、的范圍?？上驳氖牵ǎ┦浇o出了一個比較容易滿足的約束邊界。同理可求得該系統(tǒng)的特征方程式： （）根據勞斯穩(wěn)定性判據有： , () , () , ()顯然，（）式、（）式分別與（）式、（）式相同，（）式建立了一個采用PI控制時反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性的一個新判據。因此有必要引入比例積分控制，在保證好的動態(tài)響應的同時獲得零穩(wěn)態(tài)誤差。（）式一般容易滿足，因為R（代表損耗）一般很小。 ： （）（）式的特征方程為： （）即 （） 顯然系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，根據勞斯判據或李雅普諾夫第一法，作為二階及二階以下系統(tǒng)，假若傳遞函數的特征方程式所有系數均為正數，系統(tǒng)肯定是穩(wěn)定的。這時系統(tǒng)沒有產生補償電流，成為一定常反饋控制系統(tǒng)，可用以研究系統(tǒng)直流側電壓的建立過程，考察有關參數設計能否滿足系統(tǒng)對給定直流電壓的要求。這時變量可表達如下： （）假設系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的參數為 、 ，施加小信號后： （）將（）式代入（）式有： （） 等式左右展開后為： （）忽略上式中二階項，可得小信號線性方程： （）平衡狀態(tài)下的功率平衡方程為： （）式（）表明：在平衡狀態(tài)下，電壓控制環(huán)注入的有功電流產生的功率與所有損耗正好抵消。應該說明的是：因整個系統(tǒng)是一實時動態(tài)補償系統(tǒng)，所以無功電流和高次諧波電流的幅值是隨時間而變化的。這個值之所以表示為時間的函數是因為補償電流是時變的。這些零序分量綜合之后是一個較小的脈動量如()式所示，對變流器來說沒有有功輸入，為簡化分析，我們將這些脈動量忽略掉。下面將通過分析和推導（）式中各項瞬時功率的特性總結如下：（1）三相電源產生的瞬時功率三相有功電流產生的瞬時功率之和為： （）三相無功電流產生的瞬時功率之和為： （）（）式表明：三相基波無功電流產生的瞬時功率，其任何瞬時功率之和都為零。因變流器開關為非儲能元件，所以變流器交直流側瞬時功率平衡關系是： （）這里，假定電源電壓為對稱三相電壓，并忽略電壓畸變的影響： （）交流側各相電源包括了補償負載的無功電流和高次諧波電流 以及為補償系統(tǒng)損耗而注入的基波有功電流 ： （）其中： （）有功電流的幅值 受閉環(huán)控制，可表示為： （）無功電流為：（）諧波電流表達為： （） 因為在工業(yè)應用中，三相三線制負載占多數，所以（）式中不含有3n次諧波，而僅有（6n+1）次正序諧波和(6n1)次負序諧波。以減小直流電壓與給定位的偏差。 這些有功電流加上各相的補償參考電流 后作為變流器的調制參考電流信號。當補償系統(tǒng)工作時，電壓 被測量并與一參考電壓 比較。假定電容器建立了一個初始的直流電壓。這些損耗中變流器開關損耗所占的比重最大，而變流器開關是與電容器C和各相電源相串聯的，當補償電流增大時，等效電阻R也能反應損耗的增大。 為電壓調節(jié)器。如設計合理， 一般對補償電流 不會產生較大的影響。其中和 構成一無源濾波電路，同時起著將直流側PWM電壓信號轉換成補償電流的作用。本文采用的方法是向主電路中電容適當地注入一定的能量，以補償這些損耗，維持直流側電壓的近似穩(wěn)定[4]。 直流側電壓的閉環(huán)控制方法 為使PWM變換器正常運行，必須使電容器上直流電壓維持足夠高以保證各橋臂二極管的反向偏置。換言之，若已確定有源電力濾波器的補償目的（即確定了 的變化范圍）和允許的 波動范圍，即可確定電容器的電容量。反之，若 (如電路中有損耗或電力有源濾波器向外傳遞能量等)，直流側電容上能量將減少，使得 值下降。從原理上講，只要 ， 就上升，可以達到任意值，這一點可以由電路中交流側電感的貯能作用和對電力半導體器件通斷的控制來保證。 若希望 上升（例如有源電力濾波器投入運行時建立 的過程），只需令 即可（ ）。因此從原理上講，當僅用于補償無功功率時，有源電力濾波器直流側不需貯能元件。但因 中有交流成分，所以 會隨 波動而波動。當有源電力濾波器用于補償諧波時，應滿足 ～ （）～ () 此時 （） （） 在這種情況下，電源只需提供負載所需瞬時有功功率和瞬時無功功率的直流分量，它們所對應的電源電流等于負載電流的基波分量。 單獨使用的并聯型有源電力濾波器系統(tǒng)，分別用 、 表示電源側瞬時有功功率、瞬時無功功率，分別用 、 表示有源電力濾波器交流側的瞬時有功功率、瞬時無功功率， 、 表示負載的瞬時有功功率、瞬時無功功率。由式()知，各相瞬時有功功率之和等于三相電路瞬時有功功率 。雖然單獨看某一相其瞬時無功功率不為零，但三相總和為零，說明各相的瞬時無功功率是在三相間交換，其交換程度由 表征。這表明 與、 與成正比。 根據三相電路無功功率理論，三相電路瞬時有功功率和瞬時無功功率的分別定義為 （） （）式中—三相電壓變換至—兩相所合成電壓矢量的模。圖中， 是 的給定值， 是 的反饋值，兩者之差經PI調節(jié)器后得到調節(jié)信號 ，它疊加到瞬時有功電流的直流分量 上，經運算在指令信號中包含一定的基波有功電流，補償電流發(fā)生電路根據產生補償電流注入電網，使得有源電力濾波器的補償電流中包含一定的基波有功電流分量，從而使有源電力濾波器的直流側與交流側交換能量，將調節(jié)至給定值。下面對第二種方法進行詳細的分析[1,7]。補償負序電流時，直流電容儲存的電能波動最為明顯，因此主要考慮由于負序電流造成的能量脈動。(4)有源濾波器直流側電容C的確定 直流側電容C用于為電壓型逆變器提供一穩(wěn)定的直流電壓。其參數設計可有式（）決定： （）但是，并非是一個固定的值，而是在附近波動，若按式（）取下限，即取，則值有可能為零或很小，使得電流跟隨性能變差?！a償效果最佳。根據分析推導可知，L可有式()決定： （）其中的反映補償電流跟隨性能好壞的取值可用下式確定： （）其中—補償電流指令信號的最大值；—采樣周期。前一個因素要求交流進線電抗L不能過大,否則,電流變化的快速性不能滿足要求；而后一個因素則要求L不能太小,否則，會使濾波器的輸出電流相對于補償電流有很大的超調。綜合考慮后，選取IGBT的開關頻率為5kHz。因此,需將開關頻率設定在一個合適的范圍之內。采樣周期越長，補償電流中的紋波成分將越大，采樣周期越短，紋波越小。系統(tǒng)的電壓波形由于交流側電感的影響，電壓的波形有畸變，因此，鑒于以上兩點原因，采用 、 法來進行諧波電流的檢測。在電源電壓畸變的情況下，、運算方法中，、不僅有基波電壓電流相作用的成分，而且還含有高次電壓和電流相作用的成分，因此將、反變換后得到的電流不僅包含基波電流，還包含諧波電流，故、運算方法不能準確檢測出諧波的大小。 p 、q運算方法和ip、iq運算方法的優(yōu)缺點比較 在三相三線制電力系統(tǒng)中，、運算方法和 、 運算方法的優(yōu)缺點如下：當電源電壓無畸變或畸變可以忽略的情況下，、運算方法和 、 運算方法均能夠準確的檢測出諧波電流。根據定義可以計算出 、 ，經LPF濾波得出 、 的直流分量 、 。下標的d表示由檢測電路得出的檢測結果。在這種情況下。將、與 、 、 相減，即可得出、的諧波分量、。電網電壓波形無畸變時，為基波有功電流與電壓作用所產生，為基波無功電流與電壓作用所產生。圖中上標1表示矩陣的逆。 三相系統(tǒng)中基于瞬時無功功率理論的檢測方法采用基于瞬時無功功率理論的檢測方法進行諧波電流的檢測，有、運算方式和 、 運算方式兩種方法，采用、法和 、 法所得到的檢測結果在電壓波形無畸變時結果是準確的，而在電壓波形發(fā)生畸變時，采用、法所得到的檢測結果有誤差，采用 、 法所得到的檢測結果準確；在電路實現方面，當用模擬電路實現、時，、運算方式需要10個乘法器和2個除法器， 、 運算方式只需要8個乘法器。這里計算有功和無功功率只用了一個時刻的三相電壓和電流的數值，因此稱為瞬時有功功率和瞬時無功功率。把式（）和式（）代入式（），瞬時有功電流和瞬時無功電流 （）比較上式和式()可以看出，相的瞬時有功電流和瞬時無功電流的表達式與傳統(tǒng)功率理論中相電流的有功分量和無功分量的瞬時值表達式完全相同。設三相電壓、電流分