【正文】 瞬時無功電流 , 瞬時有功電流 , 通過兩相到三相變換所得到的結果。而瞬時無功功率理論中的概念，都是在瞬時值的基礎上定義的，它不僅適用于正弦波，也適用于非正弦波和任何 過渡過程的情況。 由上面的推導過程不難證明，當 ,均為標準正弦波時，則，的值為標量且與平均有功功率和平均無功功率相同。瞬時無功功率理論包容了傳統(tǒng)的無功功率路論，比傳統(tǒng)理論有更大的適用范圍。 圖 ,運算方式的原理圖 圖中： 。同相位的正弦信號和對應的 余弦信號，它們由一個鎖相環(huán) PLL 和一個正、余弦信號發(fā)生電路得到。這里， ,是由 ,產生的，因此由 ,即可計算出 , ,進而計算出 ,。而如果只需檢測無功電流，則只要對進行反變換即可。 與前面介紹的基于變換的法相比，諧波檢測方法的優(yōu)點在于可以消除電壓諧波和不對稱電壓的影響，而且將基波分量變換到零頻率處，用 Butterworth 低通濾波器提取基波信號可以消除模擬濾波器的相位問題，且不會造成對有些頻率分量的增大和衰減。 并聯有源濾波器諧波電流補償 對于并聯電力有源濾波器來說，其控制策略一般分為電流內環(huán)控制、電壓外環(huán)控制。 APF 整體的控制電路 如下圖 所示： 圖 APF 原理及控制 有源電力濾波器的電流控制方法 并聯型有源電力濾波器分為兩大部分，指令電流檢測電路的作用是得出補償電流的指令信號，據此補償電流發(fā)生電路產生補償電流。 對于補償諧波電流而言， APF 是作為一個受控電流源工作的，因此如何控制逆變器產生與指令電流相同的補償 電流是決定 APF 補償性能的一個重要方面。 目前， APF 常用的電流控制方法有滯環(huán)電流控制、三角波調制控制、模糊控制、空間矢量調制控制、無差拍控制、滑模變結構控制、單周控制、預測控制等，文獻 [31][38]中做了詳細的介紹，下面對它們進行簡要的歸納介紹?？臻g矢量調制 Space Vector Modulation SVPWM 是將三相整流器件作為一個整體來考慮，通過控制與參考矢量最接近的三個開關矢量組合的作用時間，使一個控制周期內開關矢量輸出的平均效果與參考矢量相等 。 基于 DSP 的 積 分 空 間 矢 量 脈 寬 調 制 Integral Pulse Width ModulationIPWM 控制方法由于引入了積分開關，變流器的開關頻率主要由開關積分矢量的誤差允許范圍決定，從而使得 IPWM 可以從調節(jié)采樣頻率、開關積分矢量誤差允許范圍以及目標區(qū)域位置和寬度幾方面優(yōu)化控制策略。 SVPWM 法對直流電壓的利用率達到最高，與常規(guī)的 SPWM 法相比，它的極限輸出電壓可以提高 %。 2 電流跟蹤控制。目前電流跟蹤控制主要有滯環(huán)比較和三角波比較兩種方式。三角波比較方式跟隨誤差大，響應慢，但輸出電壓所含諧波少，開關器件的開關頻率固定。單周控制 OneCycle Control OCC 作為一種新型非線性控制法，基本思想是在每個控制周期內強迫 開關變量的平均值與控制參考相等或成比例，從而消除穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)誤差。所有的控制過程 DSP 實現單周控制，完成采樣、積分和復位控制以及變流器門極驅動信號的實時輸出。然而，用 DSP 來實現單周控制并沒有充分利用 DSP 的內部資源，因此目前基于 DSP 的單周控制方法的性價比不高。無差拍控制 DeadBeat Control DBC 方法是根據系統(tǒng)的狀態(tài)方程和當前的狀態(tài)信息推算出下一采樣周期的開關控制量，最終達到使輸出量跟蹤輸入量的目的。由于脈沖寬度由控制方程根據變流器當前的電路狀態(tài)實時確定，因而該方法具有優(yōu)越的動態(tài)性能。 DSP 能滿足無差拍控制的當拍計算、當拍輸出的要求，克服采樣和計算延時的影響。此外，由于動態(tài)響應過快，如系統(tǒng)模型不準確，就有可能進入不穩(wěn)定區(qū)域。滑?？刂? Sliding Mode Control SMC 是一種設計與分析緊密結合、具有對模型不確定和對外界擾動不變化及魯棒性強等特點的控制方法，其原理是利用控制的不連續(xù)性，依靠其高頻轉換強制閉環(huán)系統(tǒng)到達并保持在所設計的滑動面上?；诨？刂萍夹g的 APF，首先利用瞬時無功理論對采樣信號進行分 析，再進行滑?？刂? 包括預設滑模面、測試滑模面的存在條件、滑模面內部的穩(wěn)定性分析 ，最后實現 PWM 驅動信號輸出。然而滑模控制的不連續(xù)開關特性容易引起系統(tǒng)的顫動，這種顫動可能將系統(tǒng)中存在的高頻成分激勵起來，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。重復控制 Repetitive Control RC 來源于控制理論中的內模原理，它將作用于系統(tǒng)外部信號的動力學模型植入控制器以構成高精度反饋控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)周期不變的前提下重復控制器將上一周期 的控制誤差應用到當前控制量的生成中，使其對周期性擾動具有良好的抑制能力。外環(huán)為電壓控制環(huán)，作用是在負載變化時保持 APF的直流側電壓穩(wěn)定，用 DSP 完成采樣、 A/D 轉換和 PWM 波形輸出，能有效抑制負載電流中的高次諧波，并使電源電流很好地跟蹤參考電流。 7 預側控制。預測控制的基本原理可以從三個要素 模型預測、滾動優(yōu)化和反饋校正 中體現出來，這三個要素也是預測控制區(qū)別于其它控制方法的基本特征。 8 模糊控制。模糊控制在 APF 中主要用于電壓跟蹤控制和優(yōu)化占空比上。 9 人工神經網絡控制。 神經網絡控制的主要特點是它的信息處理并行機制可以解決控制系統(tǒng)中大規(guī)模的實時計算問題，且對復雜不確定問題具有自適應和學習能力。 10 自適應控制。當過程動態(tài)變化時，自適應系統(tǒng)試圖感受這一變化并實時地調節(jié)控制器的參數或控制策略。 MRAC 主要在 APF 中用于諧波的檢測和指令參考信號的修正，并取得了良好的效果。 11 無源性控制。②利用無源性理論獲得調制占空比作為系統(tǒng)的控制信號。 本論文中采用基于電壓空間矢量的滯環(huán)電流控制方式。 .1 三相 VSR 空間 電壓矢量分布 三相 VSR 空間電壓矢量描述了三相 VSR 交流側相電壓、在復平面的空間分布，由表達式如第二章的式 28 ，式 29 ，式 210 ，總共有 8 種開關狀態(tài)，就對應 8 種電壓矢量，開關狀態(tài)與交流側輸出電壓的對應關系如表 31。顯然，一個開關組合就對應一個空間矢量，總結發(fā)現復平面上三相 VSR 空間矢量可由表 定義： （ 31） 表 變流器交流側開關狀態(tài)與輸出 電壓 上式可表達成開關函數形式，即： （ 32） 對于任意給定的三相基波電壓瞬時值、若考慮三相為平衡系統(tǒng)，即則： （ 33） 上式說明，是以同相同角頻率按逆時針方向勻速旋轉的空間矢量。 .2 電壓空間矢量控制原理 三相無中線 VSR 結構中，對于交流側，由電路定律可得電壓方程： （ 34） 式中 ： 交流側輸出電壓 ： 電網電壓 ： 交流側電流矢量 由于交流側電阻相對電抗很小，可以忽略： （ 35） 若指令電流為，那么實際的誤差電流表示為： （ 36） 若將式 3― 6 代入式 3― 5 式，化簡得： （ 37） 從式 3― 7 中可以看出，誤差電流，受電網電壓、指令電流的微分、 VSR 交流側輸出電壓的影響。顯然，由式 4??7 式可變?yōu)椋? （ 39） 將式 38 代入式 39 ，得： （ 310） 式 310 說明，對于給定的具有零誤差的電流相應的參考電壓適量，為了使實際電流能夠較好的跟隨指令電流的變化，就可以在 VSR 空間矢量中選擇合適的以控制誤差電流的變化率，從而達到控制誤差電流的目的。為了便于分析，在復平面內把式 33 所表示的旋轉矢量范圍劃分為六個區(qū)域，如下圖圖 ： 如圖 所示：和相軸重合，、以分別對應、軸，可以認為， 對相電流的控制作用最大，、對、相電流的控制作用最大。 在圖中可以看出：最大相電壓矢量和相誤差電流方向同向。 .4 電壓空間矢量的控制規(guī)則 控制規(guī)則依式 310 而定。 現分析如下：一旦參考電壓及誤差電流矢量確定后，兩矢量的區(qū)域位置也會隨之確定，為實現電流的跟蹤控制，需要使所選擇的三相電壓空間矢量達到使誤差電流變化率與誤差電流矢量的方向始終相反的目的，同時，分析可知：滿足以上條件的可能會有幾種，但從實現電流快速跟蹤的效果來考慮，所選應使越大越好，但事實 上這會增加晶閘管的開關頻率，增加有功損耗。 論文采用雙環(huán)控制策略：從式 39 式可以看出誤差電流受指令電流微分、電網電壓、 VSR 交流側輸出電壓的影響，而對于八個電壓空間矢量中的零矢量能夠改變誤差電流幅值，非零矢量使實際電流跟隨指令電流變化。 經分析，零電流矢量的觸發(fā)只有部分是合適的，在于：假設 SVR 交流側流出方向為各相電流的正方向，那么，對于每一相應該滿足： （ 311） 為每相的開關函數。也就是說非零電壓矢量的觸發(fā)是必然的。 控制規(guī)則流程圖如圖 。從圖 中對圪的選擇作具體說明： 首先考慮使最小，那么應該選擇，再需要滿足方向條件， 圖 誤差電流所在區(qū)域與的選取 此時只有同時滿足條件。區(qū)域與區(qū)域的每種組合和應該選取的空間適量有一定的對應關系，如表 所示： 表 區(qū)域與區(qū)域對應表 區(qū)域 區(qū)域 一 二 三 四 五 六 1 2 3 4 5 6 總結：滯環(huán)電流空間適量控制方法，具有快速的跟蹤性能，并且對負載參數和負載 的變化不敏感，為了利用的信息，通過設置外環(huán)來糾正內環(huán)觸發(fā)的不合適電壓空間矢量，實際上間接的利用了誤差電流的變化趨勢，從而使該方法更有效的降低了開關頻率。若直流側電壓波動較大，就會出現過補償或者欠補償。因此直流電壓的穩(wěn)定性是很重要的。 獲得直流電壓的傳統(tǒng)方法是：為直流電容提供一個單獨的直流電源，一般是通過調壓器和整流電路來實現。為此，需要通過在原有電路基礎上通過控制方法來實現直流電壓調整。補償電流發(fā)生電路由電壓型 PWM 及其相應的驅動電路、電流跟蹤控制電路組成，為保證其有良好的補償電流跟隨性能，必須將變流器直流側電容的電壓控制為一個適當的 值。這種方法雖然能夠達到控制直流側電容電壓的目的。況且，直流側電容電壓的控制只需通過對主電路進行適當的控制即可實現，在這種情況下，傳統(tǒng)方法更沒有存在的必要。 3. 3. PI 調節(jié)控制方法 目前常使用 PI 調節(jié)方法，原理如圖 所示。作為實際的補償電流指令值，就是在原檢測電路中得到的電流指令信號基礎疊加上保證直流電壓恒定的電流指令值。因此， PI 調節(jié)后得到的電流指令值 ,疊加到瞬時有功電流經變化后的直流分量上，經運算在原檢測電路得到的電流指令信號中包含一定的基波有功電流，從而使有源電力濾波器的直流側與交流側交換能量，將補 償電流發(fā)生電路根據指令電流信號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，將直流電容兩側電壓調至給定值。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，它疊加到瞬時有功功率的直流分量上，經計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。 由三相電路瞬時無功功率理論可知，三相電路瞬時有功電流，和瞬時無功電流的定義如式 35 、式 36 所示。與、與之間相差系數。這表明與 , 與成正比。 a, b, c 三相的瞬時有功功率分別為 （ 312） a, b, c 三相的瞬時無功功率分別為 （ 313） 由式 312 和式 313 分別得出 （ 314） 由式 314 可知，各相的瞬時無功功率之和為零。因此，對于有源電力濾波器而言，瞬時無功功率不會導致其交流側和直流側之間的能量交換。也就是說，對于有源電力濾波器，如果不考慮各部分的損耗，則其 交