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【摘要】有源电力滤波器是在动态抑制谐波与无功补偿中应用较多的装置，是新型科技的电力电子产物，在不同频率域大小的谐波中反应较快，跟踪与补偿速度均较快，可以有效实现滤波的动态跟踪补偿，同时平衡谐波补偿与无功补偿。本文根据有源电力滤波器的数字模型，直观分析有效优化措施。
【关键词】有源电力滤波器；电源电流直接控制；数字模型；优化措施
随着我国电网中非线性装置电子设备的不断发展，电能质量受到了严重的资源威胁。有源电力滤波器（即APF）具有无功补偿、控制谐波、负序电流等显著优势，且对贮能元件容量的需求较小，对电能质量的污染相对较轻，基于此，本文主要分析了有源电力滤波器电源电流直接控制的优化措施。
1. 有源电力滤波器电源电流控制的优化措施
近年来提出的电源电流直接控制的APF控制方法因其不需要检测负载谐波电流和无功电流而引起广泛关注：
1）目前尚未有文献推导出电源电流直接控制的APF数学模型，只是笼统地描述了控制思想。
2）在不检测负载电流的电源电流直接控制方法中虽然系统跟踪目标为直流量，但是负载电流此时变为系统的可测量干扰，如果不对负载电流进行检测，会导致无法对其进行前馈补偿校正[1]。由于负载电流包含大量谐波电流，普通控制器难以对此干扰做到很好抑制，因此，同跟踪负载电流控制方式一样，设计一个无静差跟踪的控制器难度很大。
3）电网提供的有功电流绝大部分提供给电网中的非线性负载消耗，只有极小一部分被APF损耗和用于维持直流侧电压稳定。在不检测负载电流的电源电流直接控制方法中，不能提取负载消耗的有功电流参考值，只能靠APF电压外环控制器调整输出使电源提供的有功电流达到期望值，这会导致控制器动态响应速度较慢。
4）不检测负载谐波电流意味着无法提取负载电流中的无功电流，因此，不检测负载电流的电源电流直接控制方法只能对负载的无功电流和谐波电流同时补偿，实用性比较差。为此，本文提出一种改进的电源电流直接控制方法。首先，对电源电流直接控制的APF进行了数学建模；然后，对建立的数学模型进行了电源电压前馈校正和系统解耦处理，再根据处理后的数学模型建立电压外环和电流内环双闭环比例—积分（PI）控制器，并根据测量到的负载电流干扰，设立前馈补偿通道，实现对负载干扰电流的误差全补偿；最后，对所提方法进行了仿真和实验对比研究[2]。
2.电源电流直接控制的APF数学模型
图1为三相并联型APF系统结构图。图中：Sa1，Sa2，Sb1，Sb2，Sc1，Sc2为每相桥臂的开关管；L为每相的输出电感；R为输出电感内阻和每相桥臂上、下管互锁死区压降等效阻抗之和；C为直流母线上的滤波电容；RL为APF开关损耗所引起的负载效应；Vdc为APF直流侧电容电压；iSi，iLi，iCi（i取a，b，c）分别为电源电流、负载电流和APF控制电流；O为三相电网的中性点；N 为直流侧的接地点。
3.电源电流直接控制的APF控制器设计
3.1电源电流直接控制的APF电流环控制器设计
由于负载电流iLd和iLq含有多次谐波，普通PI控制器很难对这个干扰做到完全抑制，因此，本文通过检测负载电流，提出一种负载电流前馈补偿方法，实现对负载电流干扰的误差全补偿。APF的数学模型在dq坐标系下经过解耦后为一阶惯性环节1/（Ls+R）。为实现对负载电流干扰的误差全补偿，以d 轴为例，进行如图2所示的前馈补偿设计。
4.结语
本文通过电源电压前馈、负载电流前馈，以及系统解耦将系统简化成一阶模型，并推导了电源电流直接控制方式的PI控制规律，利用普通的PI控制器实现对电网谐波电流的无静差控制。仿真和实验证明，本文方法相对于不检测负载电流的方法具有更好的动态性能和控制效果。虽然理论上本文方法对负载谐波能做到无静差控制，但是仿真和实验结果表明，由于无法精确获得系统相关参数，导致系统前馈补偿传递函数存在一定偏差，同时，数字控制会带来滞后一拍。因此，实际中对负载电流带来的误差实现全补偿存在一定困难，补偿后的电源电流仍然存在一定畸变。下一步工作需要对控制器进行进一步改进，从而减少相关不利因素对控制效果的影响。
【参考文献】
[1]唐欣，等.基于前馈控制的有源电力滤波器研制[J].电力自动化设备，2012，32（06）：165.
[2]许晓彦，杨才建，等.有源滤波器空间矢量脉宽调制电流跟踪算法的优化[J].电力系统自动化，2012，36（04）：80-84.
[3]谢斌，戴珂，张树全，等.并联型有源电力滤波器直流侧电压优化控制[J].中国电机工程学报，2011，31（09）：23-29.
【关键词】有源电力滤波器；电源电流直接控制；数字模型；优化措施
随着我国电网中非线性装置电子设备的不断发展，电能质量受到了严重的资源威胁。有源电力滤波器（即APF）具有无功补偿、控制谐波、负序电流等显著优势，且对贮能元件容量的需求较小，对电能质量的污染相对较轻，基于此，本文主要分析了有源电力滤波器电源电流直接控制的优化措施。
1. 有源电力滤波器电源电流控制的优化措施
近年来提出的电源电流直接控制的APF控制方法因其不需要检测负载谐波电流和无功电流而引起广泛关注：
1）目前尚未有文献推导出电源电流直接控制的APF数学模型，只是笼统地描述了控制思想。
2）在不检测负载电流的电源电流直接控制方法中虽然系统跟踪目标为直流量，但是负载电流此时变为系统的可测量干扰，如果不对负载电流进行检测，会导致无法对其进行前馈补偿校正[1]。由于负载电流包含大量谐波电流，普通控制器难以对此干扰做到很好抑制，因此，同跟踪负载电流控制方式一样，设计一个无静差跟踪的控制器难度很大。
3）电网提供的有功电流绝大部分提供给电网中的非线性负载消耗，只有极小一部分被APF损耗和用于维持直流侧电压稳定。在不检测负载电流的电源电流直接控制方法中，不能提取负载消耗的有功电流参考值，只能靠APF电压外环控制器调整输出使电源提供的有功电流达到期望值，这会导致控制器动态响应速度较慢。
4）不检测负载谐波电流意味着无法提取负载电流中的无功电流，因此，不检测负载电流的电源电流直接控制方法只能对负载的无功电流和谐波电流同时补偿，实用性比较差。为此，本文提出一种改进的电源电流直接控制方法。首先，对电源电流直接控制的APF进行了数学建模；然后，对建立的数学模型进行了电源电压前馈校正和系统解耦处理，再根据处理后的数学模型建立电压外环和电流内环双闭环比例—积分（PI）控制器，并根据测量到的负载电流干扰，设立前馈补偿通道，实现对负载干扰电流的误差全补偿；最后，对所提方法进行了仿真和实验对比研究[2]。
2.电源电流直接控制的APF数学模型
图1为三相并联型APF系统结构图。图中：Sa1，Sa2，Sb1，Sb2，Sc1，Sc2为每相桥臂的开关管；L为每相的输出电感；R为输出电感内阻和每相桥臂上、下管互锁死区压降等效阻抗之和；C为直流母线上的滤波电容；RL为APF开关损耗所引起的负载效应；Vdc为APF直流侧电容电压；iSi，iLi，iCi（i取a，b，c）分别为电源电流、负载电流和APF控制电流；O为三相电网的中性点；N 为直流侧的接地点。
3.电源电流直接控制的APF控制器设计
3.1电源电流直接控制的APF电流环控制器设计
由于负载电流iLd和iLq含有多次谐波，普通PI控制器很难对这个干扰做到完全抑制，因此，本文通过检测负载电流，提出一种负载电流前馈补偿方法，实现对负载电流干扰的误差全补偿。APF的数学模型在dq坐标系下经过解耦后为一阶惯性环节1/（Ls+R）。为实现对负载电流干扰的误差全补偿，以d 轴为例，进行如图2所示的前馈补偿设计。
4.结语
本文通过电源电压前馈、负载电流前馈，以及系统解耦将系统简化成一阶模型，并推导了电源电流直接控制方式的PI控制规律，利用普通的PI控制器实现对电网谐波电流的无静差控制。仿真和实验证明，本文方法相对于不检测负载电流的方法具有更好的动态性能和控制效果。虽然理论上本文方法对负载谐波能做到无静差控制，但是仿真和实验结果表明，由于无法精确获得系统相关参数，导致系统前馈补偿传递函数存在一定偏差，同时，数字控制会带来滞后一拍。因此，实际中对负载电流带来的误差实现全补偿存在一定困难，补偿后的电源电流仍然存在一定畸变。下一步工作需要对控制器进行进一步改进，从而减少相关不利因素对控制效果的影响。
【参考文献】
[1]唐欣，等.基于前馈控制的有源电力滤波器研制[J].电力自动化设备，2012，32（06）：165.
[2]许晓彦，杨才建，等.有源滤波器空间矢量脉宽调制电流跟踪算法的优化[J].电力系统自动化，2012，36（04）：80-84.
[3]谢斌，戴珂，张树全，等.并联型有源电力滤波器直流侧电压优化控制[J].中国电机工程学报，2011，31（09）：23-29.