基于有源滤波器的空间矢量控制策略仿真研究

1 引言

近年来，由电网非线性负荷引起的谐波问题日益受到重视。而有源电力滤波器与传统的无源滤波器相比，具有可以同时实现谐波和无功动态补偿，响应快；受电网阻抗影响小，不容易与电网阻抗发生谐振；跟踪电网频率变化， 补偿性能不受电网频率变化的影响等优点。因此，采用有源滤波器(APF)抑制电流谐波成为目前研究的热点。

2 并联有源滤波器的控制方式

为了使有源滤波器得到理想的补偿效果，有必要对其进行适当的控制。按检测电流的不同，并联有源滤波器传统的控制方式可分为三种：①检测负载电流控制方式(图1)，该控制方式中，其指令电流运算电路的输入信号来自负载电流；②检测电源电流控制方式(图2)；③将以上两种控制方式结合起来，就得到了复合控制方式(图3)，这种控制方式同时检测负载电流和电源电流。图中各个方框的含义如下：

GI(S)为指令电流运算电路的传递函数;

GA(S)为补偿电流发生器的传递函数;

GZ(S)为高通滤波器的传递函数;

G(S)为改善补偿特性而加入的校正环节;

图4 复合控制方式原理图

图1所示控制方式为前馈控制，没有is的反馈，本身作为一个开环系统无法解决系统谐振引起的电网侧电流和公共连接点电压畸变的问题。

图2中有源滤波器是一个闭环系统，产生谐振部分GZ(S)也包括在闭环内。因此，在控制算法中加入改善动态性能的一阶惯性-微分环节G(S)，可以抑制谐振，但该环节的引入削弱了系统稳定性，可能造成系统不稳定。

图3所示复合控制方式，实质是在检测负载电流的前馈控制方式中增加了电网侧电流的反馈控制，成为前馈-反馈复合系统。其中，前馈控制起主导作用，反馈控制主要用于抑制高通滤波器和电网阻抗之间的谐振，提高控制精度。这种方式综合了前两种方式的优点，效果较为理想，故这里采用复合控制方式作为本文中有源滤波器的控制方式。

4 空间矢量控制PWM技术原理

电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)与传统的SPWM相比，SVPWM电流畸变率小，直流利用率高，功率开关器件开关次数少，尤其是它非常适合数字化实现和实时控制。目前，SVPWM在交流传动领域得到了广泛应用，并逐渐开始扩展到其他电力电子领域。

三相三线制并联电力有源滤波器拓扑结构如图5所示，由a、b、c三桥臂构成。

图5 并联型三相三线制APF主电路结构