基于改进PI+PR控制的有源电力滤波器研究

电流跟踪控制策略是决定并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)补偿性能的关键。针对并联APF常规电流比例积分(proportional integral,PI)控制方法对负载主要次谐波分量补偿不充分的问题,提出一种适用于APF的新型指定次谐波电流控制策略。控制策略在常规电流PI控制基础上,对负载电流主要次谐波(5、7、11、13次)进行比例谐振(proportional resonant,PR)控制,而对其余次谐波采用常规PI控制。仿真结果证明了控制方法的有效性和正确性。     

单相并联型有源电力滤波器电流复合控制

为提高单相并联型有源电力滤波器(Active Power Filters,简称APF)的补偿精度,提出了一种静止坐标系下PI和重复并联运行的电流复合控制策略,其中PI控制主要保证系统的动态性能,基于内模原理的重复控制可以显著提高APF输出电流对负载谐波电流的跟踪精度。对单相APF中的复合控制策略参数进行了设计,理论研究和实验结果表明复合控制策略可以有效提高单相APF的滤波性能,总谐波畸变率降低到3.8%,达到谐波补偿的国家标准。     

有源电力滤波器补偿电流的性能分析

为了提高并联型有源电力滤波器（ APF）的补偿性能,在同步旋转坐标系下提出了一种理想的电流控制策略,即基于数字PI控制和重复控制并联结构的复合电流控制方法。利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度,PI控制保证APF的动态性能。试验结果和理论分析结果表明,并联结构的补偿电流控制器是可行的。     

多电平APF特定次谐波与预测电流控制策略研究

有源电力滤波器(APF)的动静态性能,与谐波补偿控制策略有密切联系。为了提高APF的补偿性能,此处提出一种特定次谐波控制策略与预测电流控制策略相结合的多电平APF控制策略。其中,特定次谐波控制策略主要补偿谐波含量较大的低频特定次谐波,并实现单次谐波补偿;预测电流控制补偿其余谐波及补偿不平衡电流。基于特定次谐波与预测电流的多电平APF控制策略小功率实验结果表明特定次谐波控制策略和预测电流控制策略可显著降低补偿后的网侧电流谐波畸变率,并可补偿不平衡电流。     

并联型APF补偿电压源型非线性负载时谐波电流放大效应的研究

为拓展并联型有源电力滤波器（active power filter,APF）的应用,通过采用电路等效分析的方法,研究并联型APF对电压源型非线性负载的补偿特性,重点分析负载谐波电流放大效应,定性与定量地解释产生此效应的原因。在此基础上,从电路拓扑以及APF控制两方面提出抑制谐波放大效应的措施,使得并联型APF对电压源型非线性负载取得良好的补偿效果。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

三相三线并联型有源电力滤波器并联控制

针对有源电力滤波器（APF）在大功率领域应用的问题，提出了一种适合于三相三线APF的并联运行策略，根据APF自身容量用优化输出方式补偿谐波电流，以达到大容量APF多补偿、小容量APF少补偿的目的，保证了多台APF并联运行的可行性和安全性。在此基础上提出了APF的并联控制策略，根据实际负载谐波电流投切APF。仿真和实验证明了基于容量极限负载按比例分配的有效性，以及协调控制策略在多台APF并联运行时的可行性。     

采用模型预测控制的APF谐波电流补偿的研究

由于有源电力滤波器(APF)传统的电流补偿方式存在谐波电流跟踪控制精度低、实时性差等问题,给出了一种基于模型预测控制(MPC)的优化闭环控制算法,根据过程的历史信息预测将来的输出建立模型,依据预测控制的预测模型、反馈校正和滚动优化等环节实现对APF谐波电流的预测控制。搭建10 kVA并联型APF的实验样机并结合Matlab仿真实验对谐波补偿进行了研究。实验结果表明,采用MPC的谐波电流控制方法能有效降低电流畸变率,抑制谐波电流,谐波电流分量较补偿前降低10倍左右,电流总谐波畸变率(THD)从原来的29%降低到3%,从而验证了MPC算法具有较高的电流跟踪控制精度。     

并联有源电力滤波器多目标虚拟有源阻尼控制

针对LCL滤波的并联型有源电力滤波器(APF)与并联电容器联合补偿时存在谐振的问题,首先讨论了补偿电流检测点的选择问题,证明了负载电流不包含容性电流成分时系统稳定性较好,但在工程实际中负载电流必然包括容性成分。采用了一种虚拟阻尼控制策略,通过对滤波器电容电压的谐振分量进行反馈控制,在补偿谐波的同时抑制谐振。仿真与实验结果证明了该方法的有效性。     

i_p-i_q检测法的单周控制三电平有源电力滤波器

并联型有源电力滤波器APF可以有效补偿由非线性负载产生的谐波和无功功率电流。为了实现单独对谐波分量、无功功率分量进行补偿,或者对谐波和无功功率分量同时进行补偿这些不同的补偿目标,同时为了满足大功率、高电压和输出电流波形畸变小的需要,提出了将中点箝位变换器和ip-iq电流检测法应用于单周控制有源电力滤波器的方法。采用ip-iq电流检测算法可分离出负载电流中的谐波分量、无功功率分量,且电网电压波形畸变不影响检测结果,故可提供不同补偿目标的参考信号。理论推导和仿真结果表明,该法能分别单独补偿谐波分量、无功功率分量,或者同时补偿谐波和无功功率分量,而且电网电压波形畸变不影响补偿效果。通过将ip-iq电流检测法运用于单周控制三电平有源电力滤波器,既实现多种补偿目标,又具有电网电压波形畸变不影响补偿效果、单周控制策略简单、三电平变换器输出电流波形畸变小的优点。     

单相并联型有源电力滤波器研究

针对在传统电流PI控制方式下,单相并联型APF不能充分补偿3次谐波的问题,在不影响系统控制性能及补偿效果的前提下,加入适当的比例-谐振(PR)控制器对原电流PI控制器进行改进,针对性地补偿3次谐波电流。利用LCL型滤波器的优越性在APF的交流侧替代了L型滤波器与电网相连;采用了适用于单相电路的SDFT谐波电流检测方法,从负载电流中提取基波和3次谐波;针对3次谐波电流进行了PR控制器设计,并分析了改进后整个电流闭环系统的控制性能。最后通过Matlab/Simulink验证了改进后控制方法的可行性。     

并联型三相四线制有源电力滤波器的仿真

并联型有源电力滤波器可较好地补偿电流源产生的谐波,利用MATLAB中的电力系统仿真工具箱对其进行建模与仿真。不同于传统的模拟滞环比较器,采用基于三维空间矢量脉宽调制（3DSVPWM）法控制补偿电流的产生。这种新型的空间矢量脉宽调制方法被用在三相四线系统中的并联电能质量补偿设备中,用来控制一个三桥臂逆变器,实现对电流谐波和中线电流的补偿。仿真试验结果表明,能很好地补偿非线性负载产生的谐波。     

基于有功能量平衡原理的并联型有源滤波器的控制方法

介绍了一种基于有功能量平衡原理的并联型有源滤波器的控制方法。首先分析了并联型有源滤波器在补偿阻感负载时,瞬时有功和瞬时无功在系统中的传递过程。接着从有功能量平衡原理的角度,提出了通过对直流侧电压反馈进行PI调节,来获得整个系统所需的输入有功分量方法。这种方法无需复杂谐波检测,只需检测两路电源电流信号和一路电压信号,从而使整个控制系统得以简化。最后通过仿真和实验对提出的方法进行了验证,实验表明这种方法具有较好的谐波补偿效果。     

并联混合型电力有源滤波器的研究

并联混合型电力有源滤波器（ＨＳＡＰＦ）是结合并联型电力有源滤波器和并联无源滤波器的一种谐波补偿装置。详细分析了它的工作原理和控制方法,理论分析和实验结果表明该谐波补偿装置具有良好的谐波补偿特性。     

基于傅里叶级数的多时间尺度同步旋转坐标系电流跟踪控制方案

并联有源滤波器(APF)需要对不同频率的谐波电流实施跟踪控制,采用同一时间尺度控制很难实现对各次谐波电流的高准确度跟踪。提出一种基于APF的新型零静差电流跟踪控制算法,该算法使用基于傅里叶级(FS)数建立的多时间尺度同步旋转坐标系和比例积分运算(PI)。相对于常规的零静差控制算法,如比例谐振控制(PR),向量PI控制(VPI)等,提出的零静差电流跟踪控制算法增强了系统频率漂移适应性和抗干扰能力,尤其对高次谐波更加明显。对该控制算法的开环传递函数和闭环传递函数进行了详细分析。仿真和实验结果验证了该算法的有效性。     

A new approach to harmonic compensation in power systems-a combinedsystem of shunt passive and series active filters

A novel approach to compensating for harmonics in power systems is presented. It is a combined system of a shunt passive filter and a small rated series active filter. The compensation principle is described, and some filtering characteristics are discussed in detail. Excellent practicability and validity to compensate for harmonics in power systems are demonstrated experimentally. Although the source harmonic voltage was only 1%, the source harmonic current reached about 10% before the series active filter was started. After it was started, no harmonic current flowed into the shunt passive filter. In addition, no harmonic voltage appeared at the terminals of the shunt passive filter, because the source harmonic voltage was applied to the series active filter. The total loss of the series active filter was less than 40 W. It is concluded that the combined system is far superior in efficiency to conventional shunt active filters     

Careful connection

This article deals with selecting the best point of connection for shunt active power filters in multibus power distribution systems. In this article, a numerical analysis based on analytical formulation that uses the power distribution system voltage and current transfer matrices is derived providing a user friendly and general tool to determine the most adequate point of connection for shunt active filters, improving the compensation effectiveness. The validity of the developed method is verified by theory and computer simulation. The main objective of shunt active power filters is the elimination of current components that affect power distribution efficiency, such as harmonics and reactive components.     

单相并联型电力有源滤波器的仿真分析

由于电力有源滤波器能够克服无源滤波器的种种缺点而被公认为是一种能有效提高电能质量的装置。章从实用角度出发,着重对以下三种场合进行仿真分析：①系统阻抗值发生变化;②有源滤波器的启动过程;③负荷电流的突变过程。通过对单相并联型电力有源滤波器的仿真分析可以得出以下结论：①中所设计的电力有源滤波器对系统阻抗的变化有很好的适应性;②启动过程中的最大电流值比稳态运行时的最大电流值大得不多;③改进的PI调节方法对负载电流突变过程中维持逆变器直流侧电容电压稳定能够起到较好的作用。这些结果对三相电力有源滤波器的设计也有一定的参考价值。     

电容中点式三相四线制SAPF混合无源非线性控制策略

电容中点式三相四线制并联型有源滤波器(SAPF)相比于三相三线制SAPF,附加了零序电流通路,因而可在电网平衡/不平衡时补偿非线性负荷产生的各次谐波、零序及无功电流。利用SAPF的无源性对其进行非线性的无源控制(PBC)可取得较常规的线性和非线性控制器更好的补偿效果,且在电网不平衡时无需检测和处理谐波电流的正负序分量。文中提出了一种电容中点式三相四线制SAPF的混合无源控制策略。首先,根据被控对象SAPF在dq0坐标系下的EulerLagrange数学模型分析其无源性,并计算得到了能使被控量收敛至期望值的SAPF内环电流无源控制规律;然后,采用阻尼注入法对其进行简化,得到能使内环补偿电流完全解耦的新的无源控制规律,提高系统的动态性能;接着,根据直流侧总电压和差压与补偿电流存在紧密联系,设计了基于2阶低通滤波器控制的SAPF外环电压控制器;最后,通过Simulink软件仿真和实验验证了将文中混合PBC用于SAPF控制的可行性和优越性,相比于传统的比例—积分控制,所提出的控制方法有更快的响应速度和更好的补偿效果。     

Compensation characteristics of shunt active and series active power filters

Active power filters have been used in practice to suppress the harmonic interference in power systems. To compensate for harmonic currents of loads, active power filters usually are connected to power systems in parallel with the loads. These filters, which are called shunt active filters here, are very effective for loads that can be considered as current sources, such as thyristor rectifiers with large dc reactances. Many papers have covered the shunt active filters applied to these current-source loads, however, none has discussed characteristics of the shunt active filters when they are applied to voltage-source loads. On the other hand, since more and more diode rectifiers with capacitive dc filters have recently been used, harmonics generated by them have become an issue. The diode rectifier with capacitive dc filters behaves as a voltage source rather than a current source. When a shunt active filter is applied to such a diode rectifier, the current injected from the shunt active filter may flow into the diode rectifier. As a result, harmonics of the source current cannot be reduced effectively, and harmonic current flowing into the diode rectifier increases greatly. This paper presents the aforementioned problem of shunt active filters analytically and experimentally. Then a series active filter is proposed to suppress the harmonic current of the diode rectifiers. The features, operating conditions, and considerations of shunt active filters and series active filters are described analytically and demonstrated experimentally. Taking a diode rectifier with capacitive dc filter as a typical voltage-source load, compensation characteristics of shunt active filters and series active filters are discussed by experiment and simulation. The validity of the series active filters is illustrated experimentally.