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电流采样前移三电平有源电力滤波器的设计_康劲松

第3期2012年5月

电源学报

Journal of Power Supply

No.3May.2012

电流采样前移三电平有源电力滤波器的设计

康劲松,卢文建

(同济大学电子与信息工程学院电气系,上海201804)

摘要:文中分别对传统的有源电力滤波器(Active Power Filter,APF )和PWM(Pulse-Width Modulation)整流器结构和原理进行研究,分析了它们基本功能、主电路拓扑结构、控制特性及策略的异同。根据二者的相似性对PWM 整流器的拓扑结构加以转换和改进,使其衍生出具有有源电力滤波器的功能和特性。该有源电力滤波器不需要对负载的电流进行采样,而是将电流采样点前移到网侧,并通过相应的空间矢量算法以保证网侧具有较理想的电流。所得结论经过Matlab/Simulink 仿真后,证实该有源电力滤波器结构的有效性。

关键词:有源电力滤波器;PWM 整流器;电流采样前移;三电平中图分类号:TM714.3

文献标志码:A

文章编号:2095-2805(2012)03-0032-06

收稿日期:2012-03-19

作者简介:康劲松(1972-),男,博士,教授,研究方向为车辆电力电

子与电力传动技术、新能源变换与节能技术。

引言

目前,电力电子器件在电气设备中得到了广泛应用,其中大量的二极管和晶闸管器件的使用,所产生的谐波和无功,对电网产生了严重的污染。可逆PWM 整流器是采用全控器件可以将网侧的电流维持接近正弦且功率因数接近1,并能使能量双向流动。有源电力滤波器是通过测量出需要补偿负载侧电流的谐波和无功,向电网中注入幅值相同、相位相反的电流从而动态抑制谐波并补偿无功功率[1]。

为了具有典型性,本文选取了三相三线制APF 和三相PWM 整流器系统作为分析对象,分别就功能、结构和控制策略等方面对两者进行深入比较,找出其中的关联。并根据其中的关联性给出了电流采样点前移三电平有源电力滤波器的数学模型,并根据数学模型设计了三电平APF 双闭环控制器。三电平APF 一般采用滞环比较法、三角载波法和

SVPWM 法等PWM 调制方式。而其中SVPWM 法

具有开关频率固定、直流电压利用率高等优点,在变流器中被广泛使用。本文选用了SVPWM 的调制方式。

1PWM 整流器与APF 的联系

1.1两者功能及结构上的异同

PWM 整流器是通过调节开关器件通断来保证

装置自身不给电网带来谐波和无功并要维持直流侧电压的稳定来保证直流侧的负载工作可靠;有源电力滤波器是在维持直流侧电压稳定的基础上来对其它负载中的谐波和无功电流进行精确补偿。

对于三相的APF 和三相PWM 整流器,我们知道其都具有直流和三相交流两侧,这两者作用都是将这两种电源形式进行变化。在有源电力滤波器中,直流侧的能量最初虽是来自交流侧,但是在直流侧电压达到给定值并稳定后,直流侧和交流侧之间的能量是相互流动的。而在PWM 整流器中,正常的整流过程中能量是从交流侧流向直流侧,而在回馈制动的时候,能量是从直流侧流向交流侧。

图1PWM 整流器主电路结构图

对于主电路结构,PWM 整流器与APF 也都有