新型注入式有源濾波器參數優化及控制算法

2013-03-16 06:20:18曾澤湖

電子測試 2013年23期

曾澤湖

（佛山供電局，528000）

0 引言

本論文在多種傳統PI控制方法的基礎上提出了一種復合滯環控制方法。在滯環控制及遞推積分PI控制理論的基礎上，既克服了滯環控制有差調節、電流開關毛刺較大等缺點，也避免了遞推積分PI控制穩態到達時間長的不足，實現了這兩種控制方法的有機結合。

1 拓撲結構分析

對于傳統的并聯混合有源濾波器來說，其有源部分并聯的基波諧振支路可以降低有源部分承受的基波電壓，大大減小了有源部分的容量，因此適用于較高的電壓等級。但也正是因為基波諧振支路的存在，需要額外的整流設備對直流側電容充電，在實際運行時，電網電壓波動及負載變化等原因會造成交流側能量的倒灌，從而引起直流側電壓的抬升，嚴重影響系統的穩定可靠性。

針對上述問題，對新型注入式混合型有源濾波器的拓撲結構進行了改進。配網中的諧波電流由無源濾波器與有源濾波器綜合治理。無源濾波器的輸出經過濾波電感后與分壓電感并聯在變壓器原邊，變壓器副邊串聯7次單調諧支路后并入電網。

7次單調諧支路和并聯分壓電感L構成IHAPF的注入支路。注入支路的存在使得有源部分承受較小的基波電壓，大部分在7次PPF的電容上。

有源部分輸出的諧波電流進入注入支路時將被分成兩部分，一部分通過7次單調諧支路，另一部分進入變壓器二次側并聯的分壓電感。通過7次單調諧支路的電流可以有效補償負載產生的諧波電流。

2 參數優化設計

新型注入支路參數設計的一般原則是保證有源部分發出的電流能盡可能多的流入到配電網中去，這樣就引入了注入比這一概念，即諧波電流注入系統及流入分壓電感的有效值之比，該值越大即有源起到的效果越好。另一方面，分壓電感承受的基波及諧波電壓不能過高，影響有源部分工作。

7次單調諧支路在諧波次數為n的等效阻抗為：

變壓器二次側并聯的分壓電感在網側諧波次數為n的等效阻抗為：

若發生諧振，則有

7次單調諧支路與分壓電感的阻抗比為：

設計目標1：成本低。即：

設計目標2：注入比盡量高，即諧波電流大部分流入7次單調諧支路，而不是分壓電感。即：

設計目標3：提供足夠無功補償量：

設計系目統標要4求：A的PF最承小受的的無基功波補電償壓量必。須小于IGBT耐壓值。即

設計目標3和4可以表示為：

其中X為決策向量，。

因此，對整個注入支路參數的設計可以等效為求解下式：

即可把參數設計的問題簡單等效對上式簡單求解，利用隸屬函數法對該式進行求解。

經優化后，選取m=5.85，串聯小電感兩端的基波電壓約為110V左右，7次單調諧PPF和分壓電感的等效阻抗比如表1所示。該等效阻抗比顯示了7次單調諧PPF和分壓電感承受的電壓比。

表1 阻抗比

表1中是分壓電感在耦合變壓器高壓側的等效阻抗。可以看出，分壓電感承受基波電壓比很小。隨著諧波次數越接近7次, 7次單調諧支路與分壓電感的等效阻抗比變小,有源部分的諧波注入能力也越強。綜合考慮耦合變壓器變比2：1的影響，定義有源電力濾波器注入到電網中的諧波電流與有源濾波器輸出諧波電流的比值為諧波電流注入比，對7次諧波而言，有源部分諧波注入比為1:2。對13次諧波而言，有源部分諧波注入比為1:5.28。

相比直接通過降壓變壓器將諧波電流注入35kV母線的濾波方式的諧波注入比約為1:92。因此，注入支路的引入可以極大的提高注入比。

3 復合滯環控制策略

將有源電力濾波器等效為一個理想的受控電壓源VI，IL為等效之后的諧波電流源。IS、I'L、IF、II分別為電網電流、負載電流、濾波支路電流、有源支路電流，ZS、ZL、ZFL、ZFh、ZPF分別為電網等效阻抗、濾波電感、并聯電感阻抗、注入支路阻抗、無源部分的等效阻抗，下標h表示相應諧波分量。因此，控制電流Ii與逆變器輸出電壓Vi的關系可用傳遞函數表示為式（1），電流閉環傳遞函數框圖如圖5所示。