有源濾波器的研究現(xiàn)狀綜述

摘 要：由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)迅速的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的諧波危害也日益嚴(yán)重，為了有效的抑制諧波提高電能質(zhì)量，電力有源濾波器APF應(yīng)運而生，它可以有效的對無功功率和頻率、幅值均變化的諧波進(jìn)行實時跟蹤補償。目前，APF已經(jīng)成為電力電子技術(shù)中的一個重大研究課題。本文介紹了有源濾波器的基本工作原理、諧波電流檢測方法及補償電流控制方法、主電路類型等。

關(guān)鍵詞：

1 有源濾波器的基本工作原理

為電力有源濾波器的原理框圖，它主要由兩大部分組成，即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。其中補償電流發(fā)生電路由三部分構(gòu)成，電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路三部分構(gòu)成。

指令電流運算電路的主要作用是，從負(fù)載電流iL中分離出的基波無功電流和諧波電流，將諧波電流反極性作用，然后發(fā)出補償電流指令信號。電流跟蹤控制電路的主要作用是，根據(jù)指令電流運算電路產(chǎn)生的補償電流的指令信號，計算出主電路中各功率開關(guān)器件的PWM信號驅(qū)動主電路工作，產(chǎn)生實際補償電流，因此電源電流iS中只含有基波電流有功分量，從而達(dá)到抑制和消除電網(wǎng)中的諧波電流與進(jìn)行無功功率補償?shù)哪康摹?/p>

如上所述，電力有源濾波器的控制的關(guān)鍵，主要是指令電流的運算即諧波電流的產(chǎn)生和跟蹤補償電流的產(chǎn)生。

2 有源濾波器的諧波電流檢測方法

諧波電流 產(chǎn)生的方法主要有以下幾種：

⑴基于頻域運算的方法：它的基本思想是用頻域濾波的方法，首先把基波電流分量和諧波電流分量從負(fù)載電流中分離出來，然后再通過計算方法把基波分解為基波有功電流分量和基波無功電流分量[2]。其缺點是附加相移較大。另外，電網(wǎng)頻率的波動和電路元件參數(shù)對其濾波器特性影響較大，所以此種方法目前以較少采用[1，2]。

⑵基于瞬時無功功率的空間矢量法：基于瞬時無功功率理論的p-q法、ip-iq法以及d-q法等空間矢量法，是目前三相APF中最廣的一種諧波電流檢測運算方法。其中應(yīng)用最早的是p-q法，但它僅適用于無畸變的對稱三相電網(wǎng)；而ip-iq法對電源電壓波形畸變和三相不對稱電網(wǎng)均適用；d-q法不但適用于有畸變的不對稱三相電網(wǎng)，而且還簡化了三相對稱電網(wǎng)無畸變情況下的指令電流運算[1]。

⑶自適應(yīng)檢測法：該方法利用自適應(yīng)干擾抵消原理，從負(fù)載電流中消去與電壓波形（作為參考輸入）相同的有功電流分量，從而得到所需的補償電流指令值。其突出優(yōu)點是，對電網(wǎng)電壓波形的畸變與參數(shù)變化及頻率的偏移，具有比較好的自適應(yīng)調(diào)整能力，但其缺點動態(tài)響應(yīng)較慢。后來又提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的自適應(yīng)檢測法[1，2]。

⑷基于現(xiàn)代控制理論的方法：基于P-I控制器的方法被最早應(yīng)用，但因不能跟隨電網(wǎng)及負(fù)載的變化，后來又相繼提出了基于模糊控制和基于滑模變結(jié)構(gòu)控制等現(xiàn)代控制理論方法。

從以上檢測方法來看，基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測法簡單易行，性能良好，并已趨于完善和成熟，目前占主導(dǎo)地位?；谧赃m應(yīng)干擾抵消原理的自適應(yīng)閉環(huán)檢測法等新型檢測法是否能應(yīng)用于工程實際，還在進(jìn)一步的研究驗證。

3 有源濾波器的補償電流控制方法

⑴三角載波線性控制方式。是一種最簡單的開環(huán)控制方法。它將指令電流 與實際補償電流ic的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)，然后把放大后的Δic與三角載波相比較，從而得到逆變器的PWM信號。其優(yōu)點動態(tài)響應(yīng)好，電路簡單。其缺點是開關(guān)損耗較大 [1]。

⑵滯環(huán)比較控制方式。該方法是在具有滯環(huán)特性的比較器中輸入指令電流 與實際補償電流ic的差值，然后用比較器的輸出信號來控制PWM逆變器的功率開關(guān)器件。與第一種控制方式相比，該方法優(yōu)點是開關(guān)損耗小，動態(tài)響應(yīng)快，其缺點是開關(guān)頻率變化較大，容易引起開關(guān)噪聲與脈沖電流[1]。

⑶無差拍控制方式。該方法是一種數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)的控制方法。它利用第k時刻的指令值和實際值，根據(jù)SVM理論計算出逆變器第k+1時刻的PWM信號。其優(yōu)點是動態(tài)響應(yīng)快，易于微機實現(xiàn)。但缺點是計算量大[1]。

以上控制方法中，基于模擬控制技術(shù)的三角載波線性控制法和滯環(huán)比較控制法是目前有源電力濾波器普遍采用的方法，可以通過多重化技術(shù)、自適應(yīng)滯環(huán)等改進(jìn)措施來克服固有的缺陷，提高其使用效率?；谌珨?shù)字化控制技術(shù)的無差拍控制法隨著數(shù)字信號處理器（DSP）運算速度的不斷提高也將在有源電力濾波器中得到廣泛的應(yīng)用。近年來提出的基于滑模變結(jié)構(gòu)控制及單周期控制等的非線性控制方法具有良好的應(yīng)用前景，但在各種負(fù)載條件下的補償特性尚需進(jìn)一步研究。

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