基于瞬時無功功率理論的改進型有源電力濾波器的數

綜合檢測原理如圖2所示。當只檢測基波和諧波電流，而不需要檢測有功功率和無功功率時，把與電壓e相關聯的支路去掉即可。

由以上分析看出，由于該方法沒有直接使用系統電壓信息，因此檢測結果的精度不受系統電壓波形畸變的影響。與ip-iq相比，該方法也沒有用到鎖相環，因此在不對稱系統中能夠更加精確地檢測出基波電流和基波有功電流，進而計算出諧波和無功電流。而在數字控制電路中通過編寫程序就能實現這些運算。諧波檢測中使用的低通濾波器的數字設計將在下文進行討論。
2)電壓補償控制的設計
APF的核心之一是補償控制電路，它通過產生驅動脈沖控制開關器件IGBT，實現對諧波與無功電流的補償。目前主要采用的控制方法有：滯環電流控制方法、電流跟蹤控制方法、空間電壓矢量PWM控制、無差拍控制及預測控制等，本文將采用空間電壓矢量PWM技術的APF補償方法。詳細設計可參考文獻。

3 數字低通濾波器的設計
從上文可知，低通濾波環節在諧波檢測中是非常重要的一環，濾波器的效果直接影響到諧波檢測的精度。根據文獻，在諧波電流的檢測電路中，一般采用二階或三階Butterworth低通濾波器，此時LPF的濾波效果和濾波時動態響應時間能夠實現最優配置。在傳統的瞬時無功功率中，低通濾波器采用硬件電路模擬，但模擬濾波器的硬件結構設計復雜，調試困難，同時在以數字處理為核心的控制系統中設計不方便，故本文設計了一個無限沖擊響應(IIR)型二階低通數字濾波器，達到有源電力濾波器的數字控制需求。其傳遞函數表達式為

式中，wn=2πfc，fc是濾波器的截止頻率，阻尼系數ζ通常取0．4～0．8。
根據數字信號處理IIR雙線性變換法則，通過采用(13)式將LPF傳遞函數從S域轉換到實域

式中T是采樣間隔，取由此可以推導出低通濾波器的實域表達式

圖3是二階Butterworth低通數字濾波器的單位階躍響應曲線。取濾波器截止頻率fc=20Hz時，LPF的動態響應時間Tf約為30ms，其穩態誤差較小，系統工作穩定。