低压大功率有源电力滤波器的控制策略研究

摘要：讨论了一种大功率有源电力滤波器(APF)，系统采用H桥构建了一个三相三线电压型变换器拓扑结构。为达到理想的谐波补偿、无功补偿和不平衡负载控制效果，3个单相H桥构建的三相电路使用三角形连接的模式，适合在大功率APF场合使用。提出了一种指令电流复合控制策略，以达到对检测出的谐波电流的快速跟踪和无功电流补偿的目的。基于理论分析和仿真，在一台大功率APF装置上进行实验，验证了所提控制策略的有效性和该装置的谐波和无功补偿能力。
关键词：有源电力滤波器；谐波补偿；大功率

1 引言
电网中大量非线性负载的使用，造成的谐波、无功和不平衡的问题日益突出，在很多场合都需补偿无功、抑制谐波和补偿负载不平衡性，因此APF成为研究的热点。大功率APF装置要求在补偿无功的同时，也能补偿谐波。为达到好的谐波补偿效果，装置的开关频率越高补偿效果越理想，但在大功率场合使用时，装置采用高开关频率会加大散热系统的设计难度，增加系统的损耗，故需选择合适的拓扑结构。采用H桥结构的电压型变换器拓扑结构，在同等开关频率下，其等效开关频率比三桥臂的变换器拓扑高一倍，这一特点对提高装置的谐波补偿性能是一个极大优势，且在实际功率器件选择中亦非常有利。
随着DSP运算能力的提高和控制理论在电力电子技术中应用研究的深入，重复控制(RP)、谐振控制(RC)、模糊控制和无差拍控制等控制策略都应用到无功和谐波补偿系统中，在实际的产品中也得到了很好的利用。APF所采用的主电路有多种形式，这里考虑在低压大功率场合的实际要求，尤其是低压电力系统中普遍存在的负载不平衡现象，通过对不同拓扑结构进行对比分析，合理选择了满足大功率APF装置要求的主电路拓扑。

2 主电路分析和建模
图1示出大功率APF的主电路拓扑。

3个单相H桥逆变器两端分别连接一个电感后进行三角形连接，每个H桥具有独立直流电源。基于H桥结构主电路参数的对称性，装置可采用单相独立控制的方式，进而对单相逆变器进行分析，分析结果同样适合三相系统。图2示出单相逆变器等效电路。

设系统电压，其中，M为单相逆变器的调制比，δ为逆变器输出电压与电流的相位差，忽略零序电流对系统控制的影响，可得：