有源电力滤波器的控制技术的实现


在整个APF中基准电流的产生方法是核心环节，只有产生正确的基准电流信号才能很好的补偿谐波和无功电流。当只是补偿谐波电流时只需获取负载电流中的谐波分量即可，当补偿谐波及无功时除了要获取谐波电流信号外还需获取基波电流中的无功分量。
基准电流信号的产生主要分频域和时域两方面。
1、频域中基准电流信号的产生
频域中基准电流信号的产生方法分为模拟器件实现和数字实现。其中模拟器件实现即采用模拟带通或带阻滤波器滤除预定次数的电流分量。如补偿谐波电流时将基波分量滤除后用负载电流减去基波电流便得到谐波分量，按此基准电流输出便可补偿负载谐波电流提高功率因数。
数字实现方法采用单片机或数字处理芯片对采样电流进行快速傅立叶分解，从中分离出需要的谐波分量作为补偿电流的基准信号。该方法是建立在Fourier分析的基础之上因此对信号的周期性要求很强。将一个周期的电流信号进行分解，得到各次谐波分量幅值及相位系数，通过带通滤波器得到所需的谐波分量信号再将信号经FFT反变换便得到所需补偿电流信号。其优点是可补偿任意次的谐波分量具有较高的灵活性。但该方法也有其缺陷，由于需要进行FFT变换及FFT反变换所以有较大的延时，采用TI公司的TMS320C6201X系列DSP执行一次1024点的FFT需要近66μs。
2、时域中基准电流信号的产生
时域中基准电流的产生一直是APF研究领域中的热点问题。相比频域中基准电流信号的产生而言时域方法更加容易采用单片机及数字信号处理器实现。
(1)瞬时无功功率理论及基于瞬时无功的一系列改进方法
在APF领域中应用最为广泛的是由日本学者赤目泰文于1984年提出的瞬时无功功率理论p-q法，该方法只适用于电网电压对称正弦的情况，电网电压畸变时出现偏差，这是由于p、q的直流分量中含有电压与电流相同频率的谐波有功的成分。
经改进后又产生了ip-iq法、dq0法。ip-iq法在电网电压对称畸变时仍能检测出负载的谐波分量但当电网电压或负载电流不对称时则存在误差。ip-iq法要求准确地捕获电压的过零点，一但出现偏差就会造成下一步旋转坐标变换时基频电流出现误差产生错误的补偿谐波电流基准信号。
(2)基于Fryze时域分析及序分量分解的有功电流检测法
该方法要求APF在一个周期内既不发出也不吸收有功，其目的是使补偿后的电源电流与电源电压基波正序分量完全一致。
该种方法的缺点是需要正序电压的幅值及一个周期内电源功率直流分量，因此存在至少一个周期的延时，故不适合负载变化较频繁的场合。由于该方法的目的是使补偿后的电源电流与电源电压基波正序分量完全一致，所以无法达到全无功补偿。
(3)瞬时有功电流法
瞬时有功电流法要求补偿过程中有源滤波器在一个周期内本身不发出和消耗有功功率，为了保证系统通过补偿在每个周期内只消耗有功功率，从电流分量中找出瞬时的有功电流。对于三相四线不平衡非正弦电源电压系统，可以先将电压电流变换到 坐标系中，根据文献中的定义，将系统的三相瞬时有功功率定义为三相电压和三相电流的内积，无功功率矢量为三相电压和三相电流的外积。通过有功、无功功率及电压计算得有功电流分量，从负载电流中减去有功电流分量得到补偿电流。该种方法的物理意义明确与Fryze时域分析相符。
(4)神经元自适应谐波电流检测法
文献提出了一种应用于APF的神经元自适应谐波电流检测法。该方法的基本原理是将电源电压作为参考信号，负载电流作为输入信号。当只作谐波补偿时将负载电流分解成两部分一部分是与电源电压频率相同的基波分量另一部分则是谐波分量。以此谐波分量作为指令电流输出便可达到对谐波电流的补偿效果。
由于实际生物神经系统是连续的系统，与数字式的离散工作状态有所区别，文献将其应用于模拟电路仿真中并取得了一定成果。但用于实际系统有待研究。