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1、第19卷第4期河海大學常州分校學報Vo1.19No.42005年12月JOURNALOFHOHAIUNIVERSITYCHANGZHOUDec.2005文章編號:1009-1130(2005)04-0027-03有源電力濾波器直流側電容電壓的穩(wěn)定控制梅紅偉121,鐘奇,張金波(1.河海大學計算機及信息工程學院,江蘇常州213022;2.江蘇廣播電視大學武進學院,江蘇常州213161)摘要:電壓源型有源電力濾波器直流側電容電壓的穩(wěn)定程度對補償性能有直接的影響.研究了有源電力濾波器、電源、非線性負載三
2、者之間的能量交換機理,分析了變流器直流側電容電壓的穩(wěn)定問題,并提出了用PI控制器維持直流側電容電壓穩(wěn)定的方法.仿真結果驗證了該方法的可行性.關鍵詞:有源電力濾波器;直流側電容;PI控制中圖分類號:TM714.2文獻標識碼:A有源電力濾波器(APF)是頗受關注的用于諧波及無功功率補償?shù)难b置.APF的補償性能取決于主電路的拓撲結構和控制方式.目前APF主電路結構已經(jīng)比較成熟,且大多采用PWM變流器作為APF的主電路,因此有源電力濾波器的性能依賴于所采用的控制方法[1-5].在整個控制策略中,直流側電容
3、電壓的穩(wěn)定控制是十分重要的環(huán)節(jié)[6].本文作者研究了有源電力濾波器、電源、非線性負載三者之間能量交換的機理,在此基礎上提出了直流側電容電壓穩(wěn)定的控制方法,并用計算機仿真驗證了該方法的可行性.1直流側電容電壓的控制原理有源電力濾波器的作用是使電源側電流與電源電壓同相并保持或接近正弦波形.在穩(wěn)態(tài)情況下,對于一個無損耗的有源電力濾波系統(tǒng),電源提供的功率必須等于負載消耗的功率,因此,變流器直流電容的平均電壓將保持為一定值.當功率不平衡時,如負載發(fā)生變化,變流器的直流電容將提供電源與負載間的功率差,這將導致
4、直流電容的平均電壓發(fā)生變化.如果系統(tǒng)電源提供的功率低于負載需要的功率,那么直流電容的平均電壓將降低,此時就需要提高系統(tǒng)電流的幅值以增加系統(tǒng)電源提供的有功功率;反之,直流電容的平均電壓將升高,此時,需要減小系統(tǒng)電流的幅值以降低系統(tǒng)提供的功率.直流側電容的平均電壓的變化能夠反映出主電路與負載間功率的轉換情況.因此,期望的電源側電流幅值可以通過調整直流側電容電壓獲得.如圖1所示,若電網(wǎng)中電源傳輸?shù)乃矔r有功功率為Ps,負載側傳輸?shù)乃矔r有功功率為Pl,有源電力濾波圖1電壓源型有源電力濾波器Fig.1Volt
5、agesourceactivepowerfilter器傳輸?shù)乃矔r有功功率為Pf,則在電源、負載和有源電力濾波器的公共交點處,電網(wǎng)中瞬時能量的傳輸關系應滿足:收稿日期:2005-06-01作者簡介:梅紅偉(1979-),男,江蘇常州人,助教,主要從事電力電子技術及其在電力系統(tǒng)中應用方面的研究..28河海大學常州分校學報2005年12月Ps=Pl-Pf(1)因此,它們的平均值Ps、Pl和Pf之間應滿足同樣的關系,即:Ps=Pl-Pf(2)如果忽略有源電力濾波器本身的損耗,則根據(jù)瞬時能量守恒,可得如下關
6、系:Pf=C·UdcdUdc(3)dt式中,C為直流側電容,Udc為直流側電容電壓.由式(3)可計算出有源電力濾波器傳輸?shù)乃矔r有功功率的平均值Pf,即T1122Pf=!Pfdt=C[Udc(T)-Udc(0)]T02T!!!!=C·!Udc2(4)2T式中,T代表一個開關周期,U2是t=T與t=0dc(0)、Udc(T)分別是t=0和t=T時的直流側電容電壓,!Udc時的直流側電容電壓的平方差.綜合式(2)和式(4),有C2Pf=·!Udc=Pl-Ps(5)2T又因為電源側的平均功率為:1Ps=U
7、sIs(6)2式中,U分別是系統(tǒng)電源側電壓、電流的幅值.因此,綜合式(5)和式(6),得到I和!U2的關系式:s、Issdc2C2Is=[Pl-·!Udc](7)Us2TUT2P"!U2=s[l-I](8)dcsCUs式(8)表明,如果Is不等于2Pl/Us,則直流側電容電壓將會有波動;式(7)指出,Is可以由直流側電容電壓Udc的變化量!Udc確定.為使有源電力濾波器正常工作,達到預期的補償效果,直流側必須有足夠高的電容電壓Udc并保持穩(wěn)定,以保證在動態(tài)補償?shù)娜魏嗡查g都能根據(jù)控制要求輸出所需的補
8、償電流;但由于補償電流的時變性和變流器的自身損耗,如不采取適當?shù)目刂拼胧?直流側電容電壓Udc將發(fā)生衰減或很大的波動,造成變流器不能正常運行.根據(jù)式(7)和式(8),可采用PI控制器將直流側電容電壓維持在要求的水平,具體做法是將電容電壓Udc與設定的電壓參考值Uref進行比較,并將比較結果送入PI控制器,PI控制器的輸出就是電源側電流期望的幅值Is,也即負載側電流基波有功分量的幅值.2仿真結果采用PI控制器進行電壓控制仿真實驗,實驗時三相整流橋直流側接阻感性負載,在0.03s和0.
