基于负载电流微分补偿的单周控制有源电力滤波器.DOC

基于负载电流微分补偿的单周控制有源电力滤波器 张勇，严洪峰 （江苏金智科技股份有限公司，江苏省南京市 211100） 摘要：为了提高电网的电能质量，使用有源电力滤波器对谐波电流进行补偿是常用方法之一。非线性负载不控整流产生的畸变电流具有很高的变化率。双极性调制的单相全桥拓扑采用传统单周控制方法时，由于APF的补偿电流无法及时变化，导致了电网电流在电流突变时刻存在畸变。本文提出了一种采用负载电流微分补偿的方法，改善了负载电流突变时刻的补偿效果。分析了补偿原理并提出了实现方法，利用MATLAB/Simulink进行仿真，并证明了该方案能够明显降低电网电流畸变。 关键词：有源电力滤波器；单相全桥变流器；单周控制；负载电流微分补偿 中图分类号：TM46 One-cycle Controlled APF Based on Load Current Derivative Compensation ZHANG Yong , YAN Hongfeng （WISCOM SYSTEM Co.Ltd，Nanjing 211100，China) ABSTRACT: To improving the electric power quality, Active Power Filter (APF) is commonly used. The distorted current, which is produced by non-linear load, has a steep change due to uncontrolled current rectification. Implementing classical one-cycle-control scheme，The dual-polarity modulated Single-phase full-bridge is hardly to gain enough current to compensate the distortion current of non-linear load. The load current derivative compensation scheme is proposed to improve the performance of APF. Theatrical analysis and implement schematic are presented. Using MATLAB/Simulink, the result of simulation shows that the total harmonic will greatly reduced. KEY WORD: Active Power Filter；Single-phase Full-bridge Converter；One Cycle Control；Load Current Derivative Compensation0 引言 智能配电网是未来电网的发展趋势，随着智能配电网的发展，对电网内电能质量的要求也越来越严格。然而电网中的变流设备与非线性负载的增加亦使得谐波问题也日益严重。为了解决两者的矛盾，采用有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)是一种抑制谐波的有效手段。目前常用的控制方法有三角波控制，滞环比较控制，电压空间矢量控制[1-3]。但三角波控制的控制环带宽低，响应速度慢，电流畸变大；滞环比较控制的开关频率不固定，滤波困难；电压空间矢量控制策略复杂，增加了电路的复杂度，成本较高[4-6]。 单周控制(One Cycle Control, OCC)是从20世纪90年代提出的一种大信号非线性控制理论[7]。其基本思想是使每个开关周期中开关变量的平均值严格等于或正比于控制参考量[8]。单周控制与常规控制相比，在APF上应用的优点是：响应速度快，控制稳定性好，无需谐波检测模块[9-13]。本文为了改进单相全桥并联型APF在传统双极性调制的单周控制下对负载电流的补偿效果，有针对性地增加了负载电流微分补偿模块，有效改善了负载电流突变时的补偿效果，减少了补偿后的电网电流的总谐波畸变率(THD)。 1 单周控制双极性调制APF 单相全桥并联型APF主电路如图1所示。APF与非线性负载并联。由APF产生与非线性负载电流iL所包含的谐波成分大小相同，方向相反的补偿电流ic，从而将电网电流is补偿成正弦电流。 图1 并联型APF结构图 Fig.1 Structure diagram of shunt APF 1.1 单周控制原理 为简化电路模型，假设[13]： 1）全桥电容电压Vc高于交流电源电压Vs的峰值。 2）全桥开关频率远远大于电网频率，因此在一个开关周期内电网