有源电力滤波器控制策略综述

2.7 组合变流器相移SPWM

有源滤波和无功补偿装置要求具有良好的调节性能和足够的输出功率，以提供电流的超前和滞后补偿，同时要求系统具有足够的频带宽度以达到消除高次谐波的目的。为了实现对无功电流和高次谐波电流的有效补偿，需要开关器件工作在较高的频率下。但大功率正弦波脉宽调制（SPWM）变流器开关频率会受限制，原因为

1）大功率半导体器件的开关频率较低；

2）高的开关频率会导致较大的开关损耗，降低系统效率。

而多重化的功率变换器调节性能较差，不能完全满足现代电网的要求。为此，由本文作者之一和加拿大B.T.Ooi教授共同提出[9]了组合变流器相移SPWM技术。相移SPWM技术的基本思想是：在变流器单元数为L_x的电压型SPWM组合装置中，各变流器单元采用共同的调制波信号s_m，其频率为f_m。各变流器单元的三角载波频率为fc，将各三角载波的相位相互错开三角载波周期的1/L_x，如图7(a)所示(变流器单元数L_x=5，SPWM频率调制比f_c/f_m=3，幅度调制比m_a=0.8)。图7(b)所示的L_x个波形分别为L_x个变流器单元的输出，上述L_x个变流器单元交流输出叠加形成整个组合变流器的输出波形，如图7(c)所示。对输出进行频谱分析，变流器单元之一的输出波形频谱如图7(d)所示，叠加后整个组合变流器输出波形频谱如图7(e)。比较图7(d)和图7(e)可见各变流器单元输出叠加后形成的组合变流器总输出波形中谐波得到了有效的抑制。

(a) L_x个三角载波的相位关系

(b) L_x个变流器单元的输出

(c) 组合变流器输出波形

(d) 变流器单元输出波形频谱

(e) 组合变流器输出波形频谱

图7组合变流器相移SPWM技术

该技术的实质是多重化和PWM技术的有机结合，能够在低开关频率下实现大功率变流器SPWM技术，而且显著地减少了输出谐波，改善了输出波形，从而减少滤波器的容量。同时，相移SPWM变流器具有良好的动态响应和较高的传输频带，使得许多先进的控制手段得以应用，控制性能得以提高。电流型变流器由于具有直接提供电流，运行可靠，保护简单等优点，而在许多大功率场合得到应用。例如：电网有源补偿装置，如果采用电流型相移SPWM技术可以达到结构简单，控制特性好，响应快，频带宽，消除谐波能力强等优点。文献[10]中应用于SVG和SMES的这项技术称为相移SPWM。这就解决了大功率装置与器件开关频率较低的矛盾，可使GTO等特大功率器件组成的变流器用于APF装置。因此，这种技术在APF等大功率场合中具有广阔的应用前景。

3 结语

本文提及的几种比较新颖的APF控制策略。在电压矢量基础上实行滞环电流控制可在同样的控制精度下，有效地降低开关频率，减小APF的开关损耗；单周控制在一个周期内消除稳态、瞬态误差，具有反应快、抗电源干扰、控制电路简单等优点，是一种很有前途的控制方法；变结构控制对系统的变化和外部干扰不敏感，具有很强的鲁棒性；无差拍控制是一种全数字化的控制技术。有关APF的控制策略正随着DSP技术和智能控制理论的发展而不断涌现。随着控制策略的改进，APF的特性也将不断提高，而相应的价格也必将下降。