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并联混合型有源电力滤波器的建模和控制策略分析

发布时间：2016-05-27 07:11

本文关键词：并联混合型有源电力滤波器的建模和控制策略分析，由笔耕文化传播整理发布。

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并联混合型有源电力滤波器的建模和控制策略分析

并联混合型有源电力滤波器

第12期范瑞祥等： 并联混合型有源电力滤波器的建模和控制策略分析 57

由式(3)可知，对于本文所讨论的这类HAPF，通过合理控制电压型逆变器输出谐波电压UF的大小可有效降低电网谐波电流Is的含量。

2 各种基本控制策略滤波原理分析

本文中的研究对象是采用电压型逆变器的有源滤波器，从总的控制原理来讲，其基本控制策略有4种[13-14]。

策略1：根据滤波器支路谐波电流来控制，即控制UF=K IF。由于滤波器采用混合型结构，其逆变器输出电压和滤波器支路电流之间存在相移问题，因此K采用矢量形式，而不是瞬时值。根据图4所示的HAPF通用电气模型并参考式(2)可得 nUFK1+(K2+ZS+Z2)IS (K2+Z2)IL US=0

= = UKIKIKI FFSL

(4)

化简为

K2+nKK1+Z2US

IS=IL+

Zs+Z2+K2+nKK1Zs+Z2+K2+nKK1

(5)

显然，采用控制策略1时，电网谐波电流Is 可用式(5)来表示。运用电源叠加原理，并采用控制策略1时，可由式(5)反推出的如图5所示的HAPF的单相等效电路。

并联混合型有源电力滤波器的建模和控制策略分析

同样运用电源叠加原理，由采用控制策略二时电网谐波电流Is的表达式(7)可反推出在该控制策略下HAPF的单相等效电路，如图6所示。

并联混合型有源电力滤波器的建模和控制策略分析

Fig. 6 System circuit based on control strategy two

由图6可知，，这种控制策略下相当于在电网上增加了一个可调的谐波阻抗，可通过控制有源电力滤波器来增大电网谐波阻抗，从而使得大部分的负载谐波电流能进入滤波支路而不是注入电网造成谐波污染。显然，采用这种控制策略在理论上是很难完全消除电网中存在的负载谐波电流的。

策略3：根据负载谐波电流来控制，即控制UF=K IL。同理由图4和式(2)可得

nUFK1+[K2+ZS+Z2]IS [K2+Z2]IL US=0

U=K I FL

(8)

化简为

K+Z2 nKK11IS=2 IL+ US (9)

K2+ZS+Z2K2+ZS+Z2同于以上分析，由式(9)可反推出采用控制策略

3时HAPF的单相等效电路，如图7所示。

并联混合型有源电力滤波器的建模和控制策略分析

图5 采用控制策略1时系统的等效电路

Fig. 5 System circuit based on control strategy one

Fig. 7 System circuit based on control strategy three

由图5可知，这种控制方式实质上等效于通过控制有源电力滤波器来改善无源支路的谐波阻抗特性。理论上可以实现电网中负载谐波电流的完全消除，但当电网谐波电压含量也较高时，系统对上述两类谐波电流的治理无法兼顾。

策略2：根据电源谐波电流来控制，即控制UF=K IS。与策略1的分析思路一样，参考HAPF通用电气模型图4和式(2)可得

nUFK1+[K2+ZS)+Z2]IS [K2+Z2]IL US=0

(6)

= UKIs F化简为 IS=

K2+Z2US

IL+

K2+ZS+Z2+nKK1K2+ZS+Z2+nKK1

(7)

由图7可知，这种控制策略实质上等效于通过控制有源电力滤波器在改善无源滤波器的谐波阻抗特性的同时，又增大了电网谐波阻抗，从而可极大提高滤波效果。但该控制策略从本质上无法避免HAPF与电网产生谐振的可能，这就对系统相关参数的合理设计提出了更高的要求，同时应避免在电网阻抗值变动较大且频繁的场合中应用。

策略4：根据负载谐波电压来控制，即控制UF=K UL。由图4的数学模型可得

nUFK1+(K2+ZS+Z2)IS (K2+Z2)IL US=0

U=K U=K(U IZ) FLSSS

(10)

K2+Z2

化简为IS= IL+

K2+ZS nKK1ZS+Z2

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