閉環控制下單相VSC低次諧波分析模型與抑制策略

鐘 慶,馮俊杰，王 鋼，李海鋒

(華南理工大學 電力學院,廣東 廣州 510640)

0 引言

單相電壓源型換流器SPVSC(Single-Phase Voltage Source Converter)能實現交直流能量的可逆變換,具有運行控制靈活的優點，在新能源并網[1-3]和電力牽引[4]中得到了越來越廣泛的應用。然而，由于電力電子器件的強非線性，SPVSC在實現能量轉換的同時也帶來了諧波含量過大的問題，對電網運行造成了負面影響[5]。因此，建立SPVSC的諧波分析模型研究其諧波特性，并制定有效的諧波抑制策略，可為SPVSC的推廣應用提供有力的理論支撐。

三相電壓源型換流器(VSC)在電網電壓平衡的正常運行情況下將產生高次特征諧波，一般可以通過高通濾波器濾除[6]。與三相VSC不同，SPVSC正常運行時，會在產生高次諧波的同時，產生低次諧波，對電網造成污染[7-8]。針對SPVSC諧波產生的原因，文獻[9-11]通過雙重傅里葉分解和貝塞爾函數推導開環控制下SPVSC交流側電壓諧波的計算公式，能夠得到諧波電壓的理論計算結果，但計算過程中未計及閉環控制過程。文獻[12-13]考慮了SPVSC的電壓電流雙閉環控制，得到控制器輸出的脈寬調制PWM(Pulse Width Modulation)信號，并分析了PWM信號的諧波分量，從功率平衡的角度分析了各次諧波產生的原因，但并未考慮控制參數對諧波含量的影響。針對SPVSC產生的低次諧波，改進控制策略是抑制諧波電流的有效方法，其中最常用的是比例諧振控制[12-13]。文獻[14]提出了電流環采用嵌入式重復控制和電壓環采用N次陷波器相結合的控制算法，實現了交流側諧波電流的抑制。文獻[15-16]認為SPVSC直流側電壓2次諧波使得電壓外環生成的指令電流存在3次諧波，因此提出引入直流側2次諧波反饋環節以抑制交流側諧波電流。……