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科技創新

基于直流側直接功率控制的有源電力濾波器的研究來源:河南匯德電氣 時間:2017/3/20 14:57:00

摘要:本文通過對有源電力濾波器(APF:Active Power Filter)的工作原理、控制拓撲以及理論基礎進行闡述。并著重介紹了基于直流側直接功率控制的控制策略,利用滯環控制原理實現控制輸出的目的。APF,針對負載電流中的諧波電流能夠進行有效的治理,提高系統電能質量,并起到凈化電網的效果。通過樣機的實驗測試表明,基于直流側直接功率控制的控制策略,能夠實現對諧波電流的有效濾除,并有結構簡單,直流側電壓穩定和對控制輸出有快速動態響應的優點。

正文內容:

APF在結構控制拓撲上主要由兩大部分構成:通過負載電流的采樣實現諧波電流分離的電路與通過控制算法實現補償電流輸出的電路。諧波電流檢測電路的主要功能是用來檢測負載電流中的諧波分量;補償電流輸出電路是在指令電流發出補償電流指令信號的作用下,控制變流器輸出補償電流,從而可以用來除去負載電流中的諧波電流。對于諧波檢測部分采用的主要理論有瞬時無功理論,快速傅里葉變換(FFT)理論,FBD功率理論等。對于補償電流發生部分,主要有滯環控制算法、PI控制、前饋控制、重復控制、DQ坐標下PI控制、廣義積分控制等。在各種算法中應用比較普遍是滯環控制,該算法準確度較高,響應速度快,是一種常用的電流跟蹤控制方法,但是開關頻率是隨著固定環寬變化的概率值。因此對開關頻次產生的諧波無法得到有效的抑制[1]。本文在滯環控制的基礎上,提出基于直流側直接功率控制(DPC:Direct Power Control)的控制策略,該策略有較好的魯棒性,跟蹤速度快,并能在突變狀態下能夠快速響應,并且在滯環控制的基礎上改善了開關頻率產生的諧波,提高了設備的性能。

APF的工作過程是:通過系統電壓互感器、負載電流互感器的電量變換,經過信號調理電路后,由中央控制單元分離出基波電流,并計算出補償電流的指令信號iC*,然后通過補償控制電路經過隔離驅動電路,控制逆變器產生相應的補償電流iC。

根據電流合成理論分析,負載電流iL由基波電流分量iLf和諧波電流分量iLh構成。基波電流分量又可以分解成有功分量iLfp和無功分量iLfq。所以,負載電流可以分解成基波有功分量iLfp、基波無功分量iLfq和諧波分量iLh。

基于直流側直接功率控制的有源電力濾波器的研究

......以下內容省略

結論

通過直流側直接功率控制的APF系統以系統的消耗功率為目標進行直接控制,避開了傳統控制計算的繁瑣過程以及坐標變換的轉換過程,直接對直流側輸出功率控制,簡化了系統的控制路徑。利用滯環控制的快速跟蹤特性,提高系統運行的穩定性和直流側電壓值的穩定性,同時對周期性負荷和突變負荷也有很好的補償效果。在此理論基礎上研制了一臺實驗樣機,對樣機的補償效果和數據進行分析,實驗結果表明了控制算法的高效性。

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