基于控制回路补偿参考电流的APF设计方法
关键词：有源电力滤波器；指令电流；锁相倍频
1 引言
随着变频器、开关电源、UPS和电子镇流器等电子电力装置的日益普及，容量日益增大，它们对电网所产生的谐波污染也越来越引起人们的重视。
消除谐波的传统方法是在电网中并入无源LC滤波器，但由于无源滤波器消除谐波的范围有限，随即出现了与无源LC滤波器组合使用的串联型电力有源滤波器，一方面，它能够较好地改善LC无源滤波器的滤波效果，另一方面，相对于单独使用的有源滤波器而言，其装置容量也得到大大的降低。本文对这一结构的串联型电力滤波器的系统特性和控制方法进行探讨，并基于信号时域正交特性的参一体成型电感器考指令电流优化PWM检测方法，设计出了电力有源滤波器的主电路和控制电路。
2 系统结构及其检测原理
简言之，有源滤波器就是一种用于抑制谐波，补偿无功的一体电感器电力电子装置。它实际可以分为两大部分，即谐波电流检测电路和功率电感补偿电流控制电路。其中，谐波电流检测电路能实时检测出负载中的谐波电变压器与电感器设计手册流，据此由补偿电流控制电路得出指令信号，并控制变流器产生所需的补偿电流。
有源电力滤波器系统结构如图1所示，系统主要由一个小容量的串联型有源电力滤波器和一组LC无源滤波器构成，这组无源滤波器包括5、7次谐波滤波器和高通滤波器，串联型有源滤波器主要由三相电压源型PWM逆变器和控制电路组成，串联型有源电力滤波器经变压器耦合一体成型电感，串接在电网和负载之间，在控制电路的控制下，对电网和负载的谐波进行补偿。
此时，对于负载侧的谐波电流源，有源滤波器被控制为一个等效谐波阻抗，它可使无源和有源滤波器的总串联谐波阻抗对各次谐波都为零，从而使所有的负载谐波电流全部流入无源滤波器支路，达到提高无源滤波器滤波效果的目的。
此电力有源滤波器的检测原理可以用图2来说明。其中Us(t)为电网电压，Ui(t)为有源滤波器的输出电压，is(t)为电网进线电流，ic(t)为滤波器输出电流，iL(t)为非线形负载电流。
将流过非线形负载的周期性非正弦电流用傅立叶级数表示成：
其中，iL1p(t)为有功电流分量，iL1q(t)为无功电流分量，iLh(t)为高次电流分量。检测出iL1p(t)用iL(t)减去iL1p(t)即理想参考补偿电流ic*(t)。
按照图2，基于信号时域正交特性的参考指令电流优化PWM检测方法，可以得到：
根据此式，可以实现相应的检测电路。
3 主控电路及检测电路的实现
串联型电力有源滤波器所采用的主电路结构通常分为一个三相逆变桥或三个单相逆变桥。本系统主控电路采用一个三相逆变桥的拓扑结构。其中包括电力电子器件、直流侧电容、输出滤波电路、变压器等几部分，其结构如图3所示。
在任何设计之前确定器件的额定工作条件是很有必要并且很重要的，本文首先根据电网和负载的工作状况，确定了串联型电力有源滤波器的额定工作条件：
电源电压：380 V
负载功率：<6.6 kVA(根据负载的参数确定)
主电路电流：<10A
串联电力有源滤波器的额定容量：>2 kVA
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