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摘要：有源滤波器直流侧电压的波动对有源滤波器的稳定运行有很大的影响，针对这个问题，分析了直流侧电压波动产生的原因及对有源滤波器运行的影响，对传统的PI控制提出了基于电压偏差平方的PI控制改进的方法，这种控制直流侧电压的方法对处理传统PI控制的非线性问题也有很大的改进。并通过matlab仿真验证了改进的PI调节控制策略对谐波的消除有很好的效果，这种控制策略通过软件即可实现，不需要增加硬件设备，是一种经济的解决措施。
关键词：并联型有源滤波器；直流侧电压；改进PI控制
随着电力电子器件的广泛应用，电网谐波污染问题越来越严重，由谐波引起的各种事故不断发生，有源滤波器(APF)作为一种可以动态补偿谐波的设备得到了广泛的关注和研究。为保证并联型有源滤波器能达到预期的谐波治理效果，直流侧电压必须保持稳定。但在工程应用中，直流侧电压往往会出现波动，严重影响了有源滤波器的正常工作。
现阶段，直流侧电压稳定的控制策略大多采取传统的PI控制，另外有模糊-PI控制策略，直流侧电压闭环控制策略，直流侧电压神经网络
控制等策略。本文在参考大量的文献资料的基础上，探讨了直流侧电压波动的原因，以及对系统稳定控制、谐波补偿效果的影响，在不增加硬件设备的基础上，对传统的PI控制策略进行改进。并通过matlab仿真进一步证明了这种方法能有效地控制直流侧电压的稳定，进一步保证谐波的补偿效果。
1 系统结构与工作原理
并联有源滤波器采用电压型逆变器，其中负载作为谐波源，APF输出与电网中谐波电流幅值相同相位相反的电流，与负载产生的谐波相叠加，可以滤除电网中的谐波。谐波检测电路实时检测出负载电流中的谐波成分，驱动电路将电流跟踪电路生成的PWM信号转变成逆变电路开关器件的开关信号，逆变电路向电网注入补偿电流，通过这几部分来实现补偿谐波的目的。有源滤波器工作性能很大程度取决于对谐波电流的高精度和实时的检测，目前有基于时域理论的傅立叶变换法、小波变换、瞬时无功功率理论、模糊闭环检测及神经网络等方法，其中采用基于瞬时无功功率理论最广泛。基于瞬时无功功率理论有d—q算法、p—q算法以及ip—iq算法，通过比较精度，采用ip—iq算法。它可以准确检测出电网的负序和谐波电流，准确度不受电网电压畸变和负载变化的影响。
2 直流侧电压波动的原因及影响
直流侧电压出现波动的原因主要有： (1)滤波器与电网之间大容量的无功交换； (2)负序电流和系统电压在直流侧产生能量脉动，使直流侧电压波动；(3)逆变器开关损耗引起直流侧电压降低； (4)APF本身存在由线路电阻带来的有功损耗，在工作状态变化时需从系统吸收一定的有功功率。
由图1中的APF原理框图可知
其中Us(t)和Ucom(t)分别是系统电压和有源滤波器输出电压，Lcom是等效电感。
根据电压源逆变器的调制控制理论，可以将电压源逆变器等效为一个比例放大器，即
Ucom(t)=KUdc(t) (2)
Udc(t)为电压源逆变器的直流侧电容电压，而K为与调制控制方法有关的函数。
为了使ic(t)能够快速的跟踪要补偿的电流，设计时必须重视其电流变化率，而要提高dicom(t)／dt，要么减小有源滤波器的等效电感Lcom，要么提高逆变器输出电压Ucom(t)。APF中等效电感Lcom越小，其电流跟踪能力越强，但Lcom过小，APF输出电流中基于开关频率的特征谐波会很大，一旦有源滤波器本身出现故障，会产生很大的过电流，从而影响系统。由于调制控制函数的变化范围通常是固定的，因此提高直流侧电容电压成为Udc(t)提高有源滤波器电流跟踪能力的有效手段。取值过低，不能将谐波电流完全消除；取值越高，补偿效果越好，但它将增加逆变器和电容器的容量，提高对器件耐压的要求，还将增加成本。电流侧电容电压波动或引起直流侧出现欠压，都将影响有源滤波器的正常工作或导致直流侧出现过压，危及有源滤波器的安全可靠运行。 |
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