新型注入式混合有源濾波器控制算法的研究

摘要：非線性負載在電網中的大量使用導致了電能質量的惡化，因此需對諧波污染進行治理。基于一種新型35 kV注入式混合有源電力濾波器(IHAPF)，在傳統遞推積分PI控制及滯環控制理論基礎上改進了二者的缺點，提出了一種復合控制方法，可快速無差地跟蹤指令信號。仿真及實驗驗證了所提方法的有效性及正確性。
關鍵詞：有源電力濾波器；諧波抑制；無功補償

1 引言
電力電子裝置等非線性負荷在電網中的大規模應用造成電網的諧波污染，而用戶對電能質量的要求越來越高，因此需研制電能質量控制裝備以改善電能質量。無源濾波器只能固定濾除特定次諧波并可能與電網發生串并聯諧振；并聯型APF結合了開關和濾波器二者的優點，是電能質量治理的主要研究方向。大功率IHAPF改進了傳統并聯諧振型混合APF的拓撲結構，可對有源部分的交流側進行穩壓，避免了額外的整流電路，可達到工程應用的目的。
電流跟蹤控制方法的優劣在于控制系統的實時性、動態性能和控制精度。基于新型35 kV的IHAPF，在分析多種控制方法的基礎上，提出了復合控制方法。復合控制基于滯環控制及遞推積分PI控制理論，克服了滯環控制有差調節、電流開關毛刺較大以及遞推積分PI控制穩態到達時間長的缺點，實現了這兩種控制方法的有機結合。

2 拓撲結構分析
對于傳統的并聯混合APF有源部分，交流側并聯的基波諧振支路使有源部分不承受基波電壓，大大減小了有源部分的容量，使其適用于較高的電壓等級。但由于基波諧振支路的存在，只能通過加入額外的整流設備對直流側電容進行充電，在實際運行時，由于電網電壓波動及負載變化等原因會造成交流側能量的倒灌，從而引起直流側電壓抬升，嚴重影響系統的可靠性及穩定性。
新型IHAPF的拓撲結構如圖1所示，在拓撲結構上針對上述問題進行了改進。逆變器輸出經過濾波電感后與分壓電感并聯在變壓器的初級，變壓器的次級串聯單調諧支路并入電網。

耦合變壓器的作用是電氣隔離。有源逆變器交流側的電感基波等效阻抗遠低于變壓器次級的單調諧支路等效阻抗，因此基波分壓很小，有利于減小其容量。由于分壓電感承受一定的基波電壓，所以可控制有源部分直流側及分壓電感上的有功能量的交換來穩定直流側電壓，避免了額外的整流電路，提高了系統的穩定性及安全性。

3 混合補償裝置的控制方法研究
系統整體控制框圖如圖2所示。控制方法采用電壓外環、電流內環的雙環控制策略，電流內環實時檢測電網側三相電流信號，經過矢量迭代算法計算出補償信號，作為逆變器的指令電流；通過復合控制使逆變器輸出電流跟蹤指令信號；電壓外環的跟蹤誤差經PI調節，輸出的直流信號轉化為交流后疊加到諧波參考信號上。