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并聯(lián)混合型有源電力濾波器

第12期 范瑞祥等： 并聯(lián)混合型有源電力濾波器的建模和控制策略分析 57

由式(3)可知，對于本文所討論的這類HAPF，通過合理控制電壓型逆變器輸出諧波電壓UF的大小可有效降低電網(wǎng)諧波電流Is的含量。

2 各種基本控制策略濾波原理分析

本文中的研究對象是采用電壓型逆變器的有源濾波器，從總的控制原理來講，其基本控制策略有4種[13-14]。

策略1：根據(jù)濾波器支路諧波電流來控制，即控制UF=K IF。由于濾波器采用混合型結(jié)構(gòu)，其逆變器輸出電壓和濾波器支路電流之間存在相移問題，因此K采用矢量形式，而不是瞬時值。根據(jù)圖4所示的HAPF通用電氣模型并參考式(2)可得 nUFK1+(K2+ZS+Z2)IS (K2+Z2)IL US=0

= = UKIKIKI FFSL

(4)

化簡為

K2+nKK1+Z2US

IS=IL+

Zs+Z2+K2+nKK1Zs+Z2+K2+nKK1

(5)

顯然，采用控制策略1時，電網(wǎng)諧波電流Is 可用式(5)來表示。運(yùn)用電源疊加原理，并采用控制策略1時，可由式(5)反推出的如圖5所示的HAPF的單相等效電路。

IL

同樣運(yùn)用電源疊加原理，由采用控制策略二時電網(wǎng)諧波電流Is的表達(dá)式(7)可反推出在該控制策略下HAPF的單相等效電路，如圖6所示。

IL

Fig. 6 System circuit based on control strategy two

由圖6可知，，這種控制策略下相當(dāng)于在電網(wǎng)上增加了一個可調(diào)的諧波阻抗，可通過控制有源電力濾波器來增大電網(wǎng)諧波阻抗，從而使得大部分的負(fù)載諧波電流能進(jìn)入濾波支路而不是注入電網(wǎng)造成諧波污染。顯然，采用這種控制策略在理論上是很難完全消除電網(wǎng)中存在的負(fù)載諧波電流的。

策略3：根據(jù)負(fù)載諧波電流來控制，即控制UF=K IL。同理由圖4和式(2)可得

nUFK1+[K2+ZS+Z2]IS [K2+Z2]IL US=0

U=K I FL

(8)

化簡為

K+Z2 nKK11IS=2 IL+ US (9)

K2+ZS+Z2K2+ZS+Z2同于以上分析，由式(9)可反推出采用控制策略

3時HAPF的單相等效電路，如圖7所示。

IL

圖5 采用控制策略1時系統(tǒng)的等效電路

Fig. 5 System circuit based on control strategy one

Fig. 7 System circuit based on control strategy three

由圖5可知，這種控制方式實(shí)質(zhì)上等效于通過控制有源電力濾波器來改善無源支路的諧波阻抗特性。理論上可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中負(fù)載諧波電流的完全消除，但當(dāng)電網(wǎng)諧波電壓含量也較高時，系統(tǒng)對上述兩類諧波電流的治理無法兼顧。

策略2：根據(jù)電源諧波電流來控制，即控制UF=K IS。與策略1的分析思路一樣，參考HAPF通用電氣模型圖4和式(2)可得

nUFK1+[K2+ZS)+Z2]IS [K2+Z2]IL US=0

(6)

= UKIs F化簡為 IS=

K2+Z2US

IL+

K2+ZS+Z2+nKK1K2+ZS+Z2+nKK1

(7)

由圖7可知，這種控制策略實(shí)質(zhì)上等效于通過控制有源電力濾波器在改善無源濾波器的諧波阻抗特性的同時，又增大了電網(wǎng)諧波阻抗，從而可極大提高濾波效果。但該控制策略從本質(zhì)上無法避免HAPF與電網(wǎng)產(chǎn)生諧振的可能，這就對系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的合理設(shè)計(jì)提出了更高的要求，同時應(yīng)避免在電網(wǎng)阻抗值變動較大且頻繁的場合中應(yīng)用。

策略4：根據(jù)負(fù)載諧波電壓來控制，即控制UF=K UL。由圖4的數(shù)學(xué)模型可得

nUFK1+(K2+ZS+Z2)IS (K2+Z2)IL US=0

U=K U=K(U IZ) FLSSS

(10)

K2+Z2

化簡為IS= IL+

K2+ZS nKK1ZS+Z2

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