核心提示：　　1前言隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，各類非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波和無(wú)功電流對(duì)電網(wǎng)的影響日益嚴(yán)重。與無(wú)源電力濾波器相比，有源電力濾波器能對(duì)變化的負(fù)載電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)諧波和無(wú)功補(bǔ)償。在各類有源電力濾波器中，并聯(lián)

　　1前言隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，各類非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波和無(wú)功電流對(duì)電網(wǎng)的影響日益嚴(yán)重。與無(wú)源電力濾波器相比，有源電力濾波器能對(duì)變化的負(fù)載電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)諧波和無(wú)功補(bǔ)償。在各類有源電力濾波器中，并聯(lián)型有源電力濾波器能夠有效地補(bǔ)償諧波電流源型非線性負(fù)載產(chǎn)生的無(wú)功和諧波電流它己被廣泛研究并有實(shí)際產(chǎn)品問(wèn)世而并聯(lián)型有源電力濾波器的性能在很大程度上取決于有源電力濾波器電流指令信號(hào)獲取的速度和精度以及逆變器輸出電流的控制策略到目前為止，應(yīng)用于并聯(lián)型有源電力濾波器電流指令信號(hào)的獲取方法主要是基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的方法，采用電流采樣保持的檢測(cè)方法和基于電流信號(hào)頻譜正交性的正弦波調(diào)制檢測(cè)方法第1種方法需要的乘法器多，成本較高，實(shí)現(xiàn)電路復(fù)雜；第2種方法對(duì)電路元器件精度要求較高，調(diào)整困難；第3種方法需要模擬乘法器，成本也較高另外，并聯(lián)型有源電力濾波器可以采用基于非線性的滯環(huán)電流控制器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，魯棒性好但普通的滯環(huán)電流控制器的開關(guān)頻率在很大程度上依賴逆變器輸出電流和交流側(cè)電壓的變化，滯環(huán)寬度設(shè)置困難，逆變器的保護(hù)實(shí)現(xiàn)困難基于以上分析，本文提出一種采用指定諧波消除脈寬調(diào)制技術(shù)的指令信號(hào)獲取方法和最高開關(guān)頻率受限的滯環(huán)電流控制器的三相并聯(lián)型有源電力濾波器下面具體分析系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法2系統(tǒng)的工作原理三相并聯(lián)型有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)如所示圖中，有源濾波器與負(fù)載并聯(lián)聯(lián)接，逆變器采用三相橋式電壓源逆變器其輸出側(cè)接濾波電感，濾除逆變器功率開關(guān)元件開關(guān)動(dòng)作引起的諧波電流三相交流電源電壓、三相電源進(jìn)線電流、三相有源電力濾波器輸出電流和三相負(fù)載電流分別如所示。

　　設(shè)三相交流電源電壓為對(duì)稱正弦波，三相非線性負(fù)載電流對(duì)稱。有源濾波器的逆變器采用輸出電流閉環(huán)控制，可以將有源濾波器看作電流源設(shè)三相電源電壓為Us電壓幅值而三相非線性負(fù)載電流可以表示為可見，負(fù)載電流可以分為3部分。

　　為下面分析方便，畫出N為5時(shí)，雙極性指定諧波消諧PWM波形如a所示采用幅值為1的指定諧波消除PWM波形調(diào)制幅值為/Lp的直流信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)的波形與指定諧波消除PWM波形形狀相同，只是信號(hào)的幅值變?yōu)?Lp它們的頻譜分布必然相同，幅值不為零的第一個(gè)諧波位于（2N+1）處假設(shè)負(fù)載電流信號(hào)基波的頻率和指定諧波消除PWM波形基波的頻率相同，指定諧波消除PWM波形的基波與a相電壓同相，幅值為1a相電流iaL波形如b所示，其可以按照式（2）分為3部分指定諧波消除PWM波形對(duì)負(fù)載電流調(diào)制后的信號(hào)為iaLM，其波形如c所示iaLM可以表示為若保證負(fù)載電流中不含2N次以下低次諧波，上的交流信號(hào)的最低頻率為2倍電源電壓基波頻率，而直流量只有3.2檢測(cè)電路設(shè)計(jì)通過(guò)以上分析，采用指定諧波消除PWM波形對(duì)各相負(fù)載電流進(jìn)行調(diào)制、濾波，可以得到基波有功電流幅值，采用指定諧波消除PWM波形對(duì)基波有功電流幅值進(jìn)行調(diào)制、濾波，可以得到各相負(fù)載有功電流的瞬時(shí)值，從而可以得到逆變器輸出電流的信號(hào)。

　　所需的各路指定諧波消除PWM波形的發(fā)生電路如所示指定諧波消除PWM波形的發(fā)生電路結(jié)構(gòu)圖中，檢測(cè)電源a相電壓，通過(guò)濾波電路得到電壓基波成分，通過(guò)過(guò)零比較將正弦波轉(zhuǎn)化為占空比5（%的方波信號(hào)這樣做主要為消除電源電壓畸變的影響。經(jīng)過(guò)鎖相電路21倍頻，得到高頻脈沖信號(hào)，方波信號(hào)的上升沿和某個(gè)脈沖信號(hào)的上升沿重合對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，得到EPROM的M位地址，并按照電源a相電壓周期對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位通過(guò)查表讀出預(yù)存在EPROM中的3路指定諧波消除PWM波形EPROM的字節(jié)為8位，可以同時(shí)存放8路不同相位的脈寬調(diào)制波形。設(shè)計(jì)時(shí)，取調(diào)制系數(shù)為1，開關(guān)角數(shù)為20，按照表1確定各脈沖的相位，可以保證指定諧波消除PWM波形在理論上不含41次以下的低次諧波，有利于設(shè)計(jì)相關(guān)的低通濾波電路。各路PWM信號(hào)的基波相位取決于電源a相基波電壓相位，基波幅值與交流電源電壓的幅值無(wú)關(guān)可以通過(guò)改變EPROM數(shù)據(jù)方便地改變各路PWM信號(hào)的基波相位，電路濾波器ArE的結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同。濾波器AB和C為保證調(diào)制前負(fù)載電流不含37次以上的高次諧波電流3路指定諧波消除PWM信號(hào)通過(guò)模擬開關(guān)S1S2S對(duì)負(fù)載三相電流調(diào)制，3個(gè)模擬開關(guān)輸出求和、濾波得到負(fù)載基波有功電流的峰值。該直流信號(hào)再經(jīng)模擬開關(guān)S4S調(diào)制后生成2個(gè)雙極性指定諧波消除PWM信號(hào)PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器DE后即為負(fù)載的ab相基波有功電流ab相補(bǔ)償反獲得。采用特定消諧PWM技術(shù)可以拓寬低通濾波器A~E的通頻帶信號(hào)在處理過(guò)程的幅值變化，全部通過(guò)濾波器的放大倍數(shù)平衡PWM信號(hào)SW1SW2SW3的基波相位在電源a相電壓的基礎(chǔ)上還要考慮濾波器ABC的相移。該電路沒(méi)有模擬乘法器，成本低。

　　采用上述檢測(cè)電路能夠保證無(wú)論負(fù)載對(duì)稱與否，電源輸入電流為三相對(duì)稱采用指定諧波消除PWM技術(shù)的檢測(cè)電路3.3逆變器直流側(cè)電壓的控制方法三相并聯(lián)有源電力濾波器的主電路消耗有功功率，造成直流側(cè)電壓的平均值變化直流電壓是波動(dòng)的通過(guò)直流側(cè)電壓局部閉環(huán)調(diào)節(jié)并聯(lián)電力有源濾波器輸入或輸出的基波有功電流，保證直流側(cè)電壓的平均值恒定。直流電壓的穩(wěn)定度直接與基波有功功率變化和直流濾波電容的取值相關(guān)。

　　采用電壓源逆變器的并聯(lián)型有源電力濾波定頻脈沖發(fā)牛器滯環(huán)比較器器，通過(guò)合理選擇和控制直流側(cè)電壓，能夠保證逆變器的輸出電流是完全可控的這里，直流電壓控制采用傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器，如虛線部分所示直流電壓給定值為600V3.4逆變器輸出電流的控制方法并聯(lián)型三相有源電力濾波器的指令電流（包括負(fù)載諧波無(wú)功電流和有源濾波器自身消耗的有功電流）的發(fā)生采用滯環(huán)電流控制方式滯環(huán)電流控制是電壓源逆變器輸出電流的一種有效的非線性控制方法為克服普通滯環(huán)控制的缺點(diǎn)，這里采用最高開關(guān)頻率受限的滯環(huán)電流控制器。其中一相的電路結(jié)構(gòu)如所示。

　　逆輸出電流并聯(lián)有源濾波器的控制電路結(jié)構(gòu)圖逆變器實(shí)際輸出電流與其指令信號(hào)的差經(jīng)過(guò)滯環(huán)比較器形成方波脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器在一定頻率下采樣后，得到三相PWM信號(hào)。在采樣周期內(nèi)，逆變器的開關(guān)狀態(tài)保持不變，限制了逆變器的最大開關(guān)頻率。這種PWM控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)電路參數(shù)不敏感。

　　4系統(tǒng)實(shí)際生成一路PW/M信號(hào)波形及其步頁(yè)譜Y軸：諧波含量；X軸：諧波次數(shù)采用上述方法發(fā)生的一路指定諧波消除PWM波形及其頻譜如所示其基本不含39次以下諧波略含低次諧波的原因主要由于同步信號(hào)生成電路的高頻脈沖頻率不是無(wú)窮大，實(shí)際生成PWM波形的開關(guān)角與理論計(jì)算值間存在誤差；另外，模擬開關(guān)也不可能是理想開關(guān)所以，實(shí)際電路中低通濾波器A~E的截止頻率比理論計(jì)算值略低為負(fù)載相電流波形及其頻譜，為有源濾波器穩(wěn)定工作后電源相電流波形及其頻譜。并聯(lián)有源濾波器工作后，電源相電流的諧波含量大大降低，其波形接近正弦。并聯(lián)有源濾波器的補(bǔ)償效果是十分明顯的Y軸：諧波含量；X軸：諧波次數(shù)（4丫軸：1，15八胳；軸：/，5瓜8胳（b）Y軸：諧波含量；X軸：諧波次數(shù)本文對(duì)提出的三相并聯(lián)型有源電力濾波器的基本工作原理檢測(cè)電路和控制電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的分析和研究將指定諧波消除PWM技術(shù)用于檢測(cè)電路，省去模擬乘法器，電路成本低。采用開關(guān)頻率受限的滯環(huán)電流控制器控制逆變器輸出電流，控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能有效地實(shí)時(shí)補(bǔ)償非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波和無(wú)功電流