可選擇諧波型有源濾波器的檢測及其閉環(huán)控制

　　這種閉環(huán)電壓控制方法是建立在加預(yù)測補(bǔ)償?shù)倪x擇性諧波檢測方法上的, 不僅不影響諧波檢測方法對于數(shù)字式控制器所造成的延時的克服, 同時, 還能完成傳統(tǒng)方法中對于直流側(cè)電壓的控制功能。

　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　本文對于圖1 的系統(tǒng)用MA TLAB 進(jìn)行了全面的仿真。對于V S I 的電流閉環(huán)控制, 由于響應(yīng)速度和魯棒性的要求, 采用了三角波比較控制方法。

　　在仿真中, 采用三相電壓為頻率50Hz、線電壓380V 的電源。V S I 的直流側(cè)電容為7 500 LF, 其電壓設(shè)定值為750V , 開關(guān)頻率為10 kHz。進(jìn)行補(bǔ)償?shù)氖?、7、11、13 次諧波。SHC-A PF 外的補(bǔ)償電感為0. 39mH。

　　首先, 對于V S I 直流側(cè)電壓控制進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。理論上, 直流側(cè)電壓可以控制到高于交流側(cè)線電壓幅值的任意值。在圖6 中, 直流側(cè)電壓直接控制達(dá)到預(yù)定的電壓750V。特別指出, 當(dāng)開始進(jìn)行電流補(bǔ)償以后直流側(cè)電壓可能出現(xiàn)波動, 但是經(jīng)過直流側(cè)的電壓控制, 保持在750V 左右。

　　其次, 對于采用預(yù)測補(bǔ)償?shù)腟HC-APF 的諧波電流補(bǔ)償進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。理論上, SHC-A PF 能夠很快地檢測出諧波, 并且進(jìn)行諧波補(bǔ)償以后的電源電流應(yīng)該有很大的改變。在圖6 中, 補(bǔ)償從0. 04 s 開始, 馬上開始檢測到補(bǔ)償電流信號, 補(bǔ)償?shù)碾娫措娏鞔蠹s是在1/4 周期之后開始變化, 經(jīng)過一個周期最終達(dá)到補(bǔ)償效果。帶預(yù)測補(bǔ)償?shù)闹C波檢測方法可以很好地完成檢測諧波的任務(wù), 并且補(bǔ)償后電源電流基本很好。由于仿真實(shí)驗(yàn)選擇的檢測諧波為5 次、7次、11 次、13 次這樣的低次諧波, 因而在補(bǔ)償后的電源電流中含有一些高頻分量。這些高頻分量在實(shí)際系統(tǒng)中會被系統(tǒng)本身的阻抗抑制。

　　第三, 對于電流閉環(huán)控制做了仿真實(shí)驗(yàn)。由于采用了新的檢測方法, 使得對于V S I 可以采用閉環(huán)的電流控制。理論上V S I 的輸出電流應(yīng)該很好地跟蹤檢測出的補(bǔ)償電流指令信號。圖7 中, 實(shí)際補(bǔ)償電流可以很好地跟蹤檢測的補(bǔ)償電流指令信號。由于V S I 輸出的是PWM 信號, 所以在實(shí)際輸出的電流上出現(xiàn)一些高頻諧波。在仿真開始時, 并沒有進(jìn)行對諧波的補(bǔ)償, 此時的V S I 是整流器, 給直流側(cè)電容充電的過程, 當(dāng)直流側(cè)電容電壓控制穩(wěn)定開始補(bǔ)償諧波。

　　最后, 針對兩個閉環(huán)相互影響做了仿真實(shí)驗(yàn)。檢驗(yàn)當(dāng)電容器上的電壓波動時, 對于補(bǔ)償電流控制環(huán)的影響。理論上當(dāng)電容器電壓重新得到控制達(dá)到穩(wěn)定以后, 補(bǔ)償應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行, 系統(tǒng)應(yīng)該保持穩(wěn)定。補(bǔ)償效果應(yīng)該與變化前一樣, 說明電流閉環(huán)控制依然穩(wěn)定。圖8、9 中, SHC-A PF 從0. 06 s 開始進(jìn)行補(bǔ)償, 從0. 12 s 開始變化直流側(cè)電壓。很快直流側(cè)電壓就得到控制, 穩(wěn)定到新的給定值, 經(jīng)過閉環(huán)電流控制后的輸出補(bǔ)償電流也恢復(fù)到電壓變化前的情況, 系統(tǒng)的補(bǔ)償效果如前。

　　從上面的仿真結(jié)果看, 直流側(cè)電壓波動時, 補(bǔ)償電流都能夠很好地得到控制, 并且在很快的時間內(nèi)恢復(fù)到原來的補(bǔ)償效果, 而直流側(cè)電壓的波動以后,也能很快地達(dá)到重新的穩(wěn)定狀態(tài)。

　小　結(jié)

　　本文提出的帶預(yù)測補(bǔ)償?shù)倪x擇性諧波檢測方法, 可以檢測出任意指定次諧波, 并且通過增加預(yù)測補(bǔ)償角徹底解決了系統(tǒng)延時的問題, 使得SHC-APF可以精確地檢測和補(bǔ)償指定次諧波。文章討論了如何在選擇性諧波檢測環(huán)節(jié)中加入電壓控制的問題,經(jīng)仿真驗(yàn)證, 電壓閉環(huán)能夠?qū) S I 的直流側(cè)電壓進(jìn)行很好地控制。在確保了系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)目焖夙憫?yīng)的前提下, 采用電流閉環(huán)控制使得SHC-APF 產(chǎn)生的補(bǔ)償電流更能準(zhǔn)確的跟蹤諧波指令電流。仿真結(jié)果證明: 采用帶預(yù)測補(bǔ)償?shù)倪x擇性諧波檢測方法和基于該方法的電壓和電流閉環(huán)控制, 使得電源電流有了根本的改善。