【正文】 3采用滯環(huán)比較器的瞬時(shí)值比較方式的原理圖應(yīng)用滯環(huán)比較器的補(bǔ)償電流跟蹤電路性能的好壞與滯環(huán)比較器的寬度H有直接的關(guān)系。當(dāng)輸出補(bǔ)償?shù)碾娏髦抵党^(guò)檢測(cè)的諧波電流值時(shí)，通過(guò)控制主電路中變流器開關(guān)器件的通斷，使輸出電流減??；同理，當(dāng)輸出補(bǔ)償?shù)碾娏髦抵敌∮跈z測(cè)的諧波電流值時(shí)，通過(guò)控制變流器開關(guān)器件的通斷，使得輸出電流變大。滯環(huán)比較器的輸入是檢測(cè)諧波電流和實(shí)際補(bǔ)償電流的偏差值，利用滯環(huán)比較器產(chǎn)生PWM信號(hào)，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路，控制主電路中開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，產(chǎn)生補(bǔ)償電流。這種方法能快速的響應(yīng)并能針對(duì)偏差信號(hào)的突變產(chǎn)生一定占空比變化的脈沖信號(hào)，其控制特性在開關(guān)頻率較高的系統(tǒng)得到很好的體現(xiàn)；但是三角波控制方式的不足就是逆變器都處于高頻工作狀態(tài)，開關(guān)損耗大，輸出的電流波形中含有與載波同頻率的諧波分量，因此，在大功率場(chǎng)合一般不使用。三角波比較方法是比較簡(jiǎn)單的控制方式，通過(guò)這種控制方式逆變器開關(guān)器件的通斷頻率與三角載波的頻率相等是固定的，因此輸出電流中的諧波含量比較小，容易處理。三角波發(fā)生器產(chǎn)生的是正負(fù)對(duì)稱的三角波，產(chǎn)生的波形頻率與開關(guān)器件的工作頻率一致，其絕對(duì)值的最大值要比經(jīng)PI環(huán)節(jié)的參考電壓與實(shí)際輸出電壓的差值大。（1）三角波比較方法 圖42是有源濾波器補(bǔ)償電流控制方式采用的是三角波比較方式的原理圖，A大多數(shù)代表比例放大器或比例積分放大器。采用圖41閉環(huán)控制方法使主電路逆變器的輸出電壓等于。電壓源型逆變器的主電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)決定了APF產(chǎn)生的脈沖。但是實(shí)際中大多數(shù)APF采用的是電壓源型逆變器，那么APF產(chǎn)生的三相瞬時(shí)電壓的大小就是由檢測(cè)出的電流諧波通過(guò)控制算法得出，使有源濾波器產(chǎn)生預(yù)期的補(bǔ)償電流。圖41PWM脈沖控制原理圖通過(guò)諧波檢測(cè)電路檢測(cè)出需要APF補(bǔ)償?shù)闹C波電流。 有源電力濾波器最終是控制PWM逆變器，通過(guò)檢測(cè)電流和實(shí)際補(bǔ)償電流的差值來(lái)控制逆變器的開關(guān)的通斷，使逆變器輸出的電壓或電流能跟蹤檢測(cè)出的電壓或電流，從而治理電網(wǎng)中的諧波。由于指令電流信號(hào)中含有較多的諧波成分，又要求有源濾波器產(chǎn)生的補(bǔ)償電流實(shí)時(shí)跟蹤指令電流信號(hào)，因此設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電路發(fā)生器要有有很好的實(shí)時(shí)性。交流側(cè)電流控制的本質(zhì)是使APF送入電力系統(tǒng)的電流跟隨檢測(cè)到的指令電流。并聯(lián)型有源濾波裝置的控制包括交流側(cè)補(bǔ)償電流的控制和直流側(cè)電壓的控制。 APF控制系統(tǒng)基本原理 有源濾波器的工作原理是檢測(cè)諧波電流信號(hào)，取反后得到補(bǔ)償電流指令信號(hào)。當(dāng)輸出電流為參考電流時(shí)，式（412）變換為： （413）式（412）與式（413）相減得： （414）由式（414）可知，APF參考電壓與交流側(cè)實(shí)際輸出電壓的偏差決定了電流誤差矢量的變化率。表41 8種開關(guān)狀態(tài)下各相電壓值000000100110010011 001 101 111000將（47）帶入得， （48） 將式（48）變換到靜止坐標(biāo)系下，得到靜止坐標(biāo)系下的APF數(shù)學(xué)模型： (49)式（49）中， （410） （411）將式（49）寫成矢量方程的形式： （412）APF控制的目標(biāo)是使其輸出電流等于參考電流，即。根據(jù)圖41由基爾霍夫定律得到SAPF的主電路電流電壓關(guān)系方程: （41） 因、帶入上式得： (42)由（42）得， （43）定義一個(gè)開關(guān)函數(shù)、 （44） （45）三相電源電壓之和 ，對(duì)三相三線電路有 ，根據(jù)（45）得， （46）于是得到（47）， （47）根據(jù)開關(guān)器件的導(dǎo)通特性得出8中開關(guān)狀態(tài)，分別為000，100，110，010，011，001，101，111，各開關(guān)狀態(tài)下的三相電壓值。APF是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中的參數(shù)進(jìn)行理想化來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。4 有源電力濾波器補(bǔ)償電流跟蹤控制方法并聯(lián)型三相三線有源電力濾波器的拓?fù)鋱D如下圖41所示:圖41并聯(lián)型三相有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)圖 圖中表示電網(wǎng)三相電源電壓；L為交流側(cè)電感；R表示交流側(cè)電阻；、為有源濾波器輸出的補(bǔ)償電流。如果要求SAPF實(shí)際補(bǔ)償電流偏離指令電流的最大值為，則： （321）由上式得， （322）綜上所述得， （323）綜合選取本設(shè)計(jì)的有源電力濾波器的交流側(cè)輸出電感值為4mH。因此SAPF跟蹤到指令電流的最大變化率，需要滿足下式： （316）因此由式(315)和式(316）得出： （317）上式中，針對(duì)不同的補(bǔ)償對(duì)象，指令電流的要求不同，根據(jù)的經(jīng)驗(yàn)公式得： （318）上式中，當(dāng)只含有諧波電流時(shí)，有： （319）上式（319）中，f表示基波電流的頻率，表示檢測(cè)的指令電流的有效值。交流側(cè)電感作用是能平衡有源濾波器主電路中點(diǎn)電壓、補(bǔ)償電流的相位調(diào)整、保證補(bǔ)償電流的連續(xù)、能量的存儲(chǔ)和雙向饋贈(zèng)、緩沖各相諧波的無(wú)功功率等。 交流電感需滿足兩方面的要求，一是為了滿足交流側(cè)輸出的補(bǔ)償電流的跟隨性，它應(yīng)該取值?。欢潜仨毐ＷC對(duì)補(bǔ)償電流紋波大小的限制，它應(yīng)該取值大。越小則的紋波越大，反之也成立。APF正常工作時(shí)，電容一直處在充放電兩種交替狀態(tài)，在一個(gè)脈寬調(diào)制周期內(nèi)，脈沖間歇期間交流側(cè)電網(wǎng)給電容充電，脈沖作用期間電容放電。但是在實(shí)際中，不會(huì)是一個(gè)恒定值。本文的APF系統(tǒng)容量定為10KVA，可得出的電流，由式（31）得： (36)因此選擇電壓值為1800V最大可關(guān)斷電流約為30~5 0A，的IGBT。本文需要補(bǔ)償?shù)闹C波的最高次諧波是50次，對(duì)應(yīng)的頻率為50 50Hz=2500Hz。器件的電流決定于APF最大補(bǔ)償電流有效值，考慮一定的安全裕度，通常取IGBT的額定電流為的2倍左右。根據(jù)上面的分析，本文的10kVA并聯(lián)型有源電力濾波器選擇IGBT作為主電路開關(guān)器件，其參數(shù)設(shè)計(jì)主要是器件的電壓等級(jí)和電流等級(jí)的選擇。對(duì)于中小容量的有源濾波器， 變流器可以選用 MOSFET 作為開關(guān)器件，采用較高的開關(guān)頻率；對(duì)于較大容量的有源電力濾波器， 可以選用 I GBT 作為開關(guān)器件。因此在有源電力濾波器中主要采用的開關(guān)器件為 MOSFET 和 IGBT。最后，應(yīng)根據(jù)器件的耐壓水平、電流水平、開關(guān)頻率及散熱要求，綜合考慮主電路的成本，選擇合適的開關(guān)器件。但實(shí)際上，當(dāng)頻率調(diào)制比（器件的開關(guān)頻率與最高次諧波頻率之比）低（比如低于 7 ~11）時(shí)，會(huì)造成鄰近譜瓣互相重疊，發(fā)生所謂混疊，使得波形出現(xiàn)明顯失真。其次，根據(jù)補(bǔ)償諧波頻率的高低來(lái)選擇器件的工作頻率。在選擇功率開關(guān)器件之前應(yīng)當(dāng)先考慮到其容量以及工作頻率。直流側(cè)電壓取900V時(shí)，APF的補(bǔ)償效果最好。在保證3倍的情況下，電壓值越大，補(bǔ)償性能越好。表31主電路工作模式下對(duì)應(yīng)的開關(guān)系數(shù)的值工作模式主電路各相的工作狀態(tài)開關(guān)系數(shù) 1 1 0 0 0 1 12/31/31/3 2 0 1 0 1 0 11/32/31/3 3 1 1 0 0 0 11/31/32/3 4 0 0 1 1 1 01/31/32/3 5 1 0 1 0 1 01/32/31/3 6 0 1 1 1 0 02/31/31/3當(dāng)時(shí)，需要使得補(bǔ)償電流增大，APF中A相橋壁上橋壁應(yīng)導(dǎo)通，下橋臂應(yīng)關(guān)斷，由表51得，為2/3或1/3，如果取為1/3，則， （33）要使跟蹤，應(yīng)使得增大，要求 （34）根據(jù)上式得 （35）其中為電網(wǎng)相電壓的峰值。因此直流母線的控制至關(guān)重要。通過(guò)式（31）得需要采用的有源電力濾波器的容量為10KVA。由于電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載為三相橋式全控整流器，其。采用APF補(bǔ)償諧波時(shí)，補(bǔ)償電流為負(fù)載電流中諧波成分。APF的容量為： （31） 式（31）中，U為APF在電力系統(tǒng)中接入點(diǎn)相電壓的有效值；為APF產(chǎn)生的最大補(bǔ)償電流有效值。APF主電路參數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定直流側(cè)電容和電壓、交流側(cè)電感、計(jì)算主電路開關(guān)器件的額定參數(shù)等。3 并聯(lián)型有源電力濾波器主電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法主電路參數(shù)對(duì)有源電力濾波器的補(bǔ)償效果有重要影響。本章小結(jié)：本章介紹了有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)及工作原理，分析幾種常用的檢測(cè)方法，給出了基于瞬時(shí)無(wú)功功率的檢測(cè)法的原理圖。改善現(xiàn)有方法中檢測(cè)精度高則速度慢，檢測(cè)速度快則精度低的弊端。圖22是檢測(cè)方法的原理圖。下圖是檢測(cè)原理圖，用到了由一個(gè)鎖相環(huán)PLL和一個(gè)正余弦信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的與a相電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。自適應(yīng)諧波檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)信號(hào)的變化，具有自適應(yīng)性，然而該算法是在知道電網(wǎng)電壓的相位信息的前提下。該方法利用的是自適應(yīng)噪聲對(duì)消原理，原始輸入是負(fù)載電流，參考輸入為電網(wǎng)電壓，將負(fù)載電流中與參考輸入的電網(wǎng)電壓波形相同的有功分量消去，剩下的就是所有諧波與無(wú)功電流的和。這種檢測(cè)方法當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變時(shí)，檢測(cè)精度不理想，因此多用于三相平衡電路系統(tǒng)。瞬時(shí)無(wú)功功率理論的提出以及法和法的出現(xiàn)，極大的推動(dòng)了APF的發(fā)展。這兩種方法的區(qū)別是：當(dāng)電網(wǎng)電壓對(duì)稱無(wú)畸變、負(fù)載電流對(duì)稱時(shí)，都能準(zhǔn)確地檢測(cè)出諧波電流分量、基波電流的有功分量、無(wú)功分量；當(dāng)電源電壓和負(fù)載電流均對(duì)稱畸變時(shí)，運(yùn)算方法仍能準(zhǔn)確地檢測(cè)出諧波電流，而運(yùn)算方法就存在誤差。1984年，日本學(xué)者首先提出了瞬時(shí)無(wú)功功率理論，隨后研究者們分別提出了兩種諧波電流檢測(cè)方法:法和法。該方法的缺點(diǎn)是得計(jì)算出負(fù)載的有功功率和電網(wǎng)電壓的有效值，并且有一個(gè)工頻周期以上的時(shí)間延遲，不適用于負(fù)載頻繁變化的電力系統(tǒng)；無(wú)法分離基波無(wú)功和諧波電流，因此該方法不適合僅補(bǔ)償基波無(wú)功電流或者諧波電流的電力系統(tǒng)。(3)基于Fryze功率定義檢測(cè)法。該檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、易于調(diào)整。（2）模擬帶通或帶阻濾波器檢測(cè)法。隨著數(shù)字信號(hào)處理芯片的運(yùn)算速度不斷提高，用FFT分析檢測(cè)諧波用時(shí)越來(lái)越短，提高了實(shí)時(shí)性。用傅立葉變換檢測(cè)法檢測(cè)諧波和無(wú)功分量是幾個(gè)常用的方法之一。 諧波電流的檢測(cè)有多種方法，下面對(duì)目前常用的諧波電流檢測(cè)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單綜述。為了防止電網(wǎng)中的諧波污染，各國(guó)紛紛頒布了限制電力系統(tǒng)無(wú)功和諧波的法規(guī)。諧波檢測(cè)不是將各次諧波分量分解出來(lái)，而是檢測(cè)諧波電流或基波無(wú)功電流。由APF的基本工作原理可知，APF包括兩大部分，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路。此種方式達(dá)到抑制電源電流中諧波的效果，具體公式如式（21）所示， （21）式中，為負(fù)載電流的基波分量當(dāng)APF在補(bǔ)償諧波的同時(shí)要求補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功功率，則需要在補(bǔ)償電流的指令信號(hào)中增加取與的基波無(wú)功分量幅值相等、極性相反的成分。圖21有源濾波器原理圖APF工作的基本原理:檢測(cè)非線性負(fù)載中諧波電壓或諧波電流的瞬時(shí)值，將得到的瞬時(shí)值經(jīng)指令電流運(yùn)算電路的運(yùn)算得出需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦噶钚盘?hào)，然后通過(guò)補(bǔ)償電流發(fā)生電路的控制策略和PWM技術(shù)，產(chǎn)生與系統(tǒng)中的諧波幅值大小相等、極性相反的實(shí)際補(bǔ)償電流，經(jīng)交流側(cè)電感注入電網(wǎng)中，與諧波相抵消，最后得到期望的標(biāo)準(zhǔn)正弦波波形。補(bǔ)償電流發(fā)生電路又包括電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路及主電路三部分，指令電流運(yùn)算電路的功能是檢測(cè)出非線性負(fù)載