并联混合型有源电力滤波器稳定性分析与控制

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1、第31卷第7期电力自动化设备Vol．31No.72011年7月ElectricPowerAutomationEquipmentJul.2011并联混合型有源电力滤波器稳定性分析与控制吴在军，赵志宏，王宝安（东南大学电气工程学院伺服控制技术教育部工程研究中心，江苏南京210096）摘要：通过建立由并联型有源电力滤波器（SAPF）和并联电容器所组成的2种不同结构混合补偿系统的模型，分析了2种系统的稳定性。在此基础上，指出普通控制方式下的Ⅰ型系统是稳定的，且在投入SAPF以后可以较好地抑制谐振，但会存在“补偿盲区”，通

2、过复合控制消除该“补偿盲区”，改善Ⅰ型系统的补偿效果。而如果在Ⅱ型系统中采用普通控制方式，系统会因为正反馈而不稳定，通过引入谐波频段有源阻尼的方法提高系统的稳定性，获得期望的补偿效果。Matlab／Simulink下的仿真结果证明了上述理论分析的正确性和所提方法的有效性。关键词：有源电力滤波器；电容器；混合补偿系统；系统稳定性；阻尼中图分类号：TN713文献标识码：A文章编号：1006－6047（2011）07－0036－06种结构。Ⅰ型系统的SAPF安装在负载侧，并联补偿0引言电容器安装在电网侧；Ⅱ型系统的SA

3、PF在电网侧，随着电力电子装置应用日益广泛，电网中的谐波并联电容器在负载侧，如图1所示。污染也日趋严重，且大多数电力电子装置的功率因数iL较低，给电网带来额外负担，并影响供电质量［1］。并联负型有源电力滤波器SAPF（ShuntActivePowerFilter）载既可以单独补偿非线性负载的谐波电流，也可以同iAiCSAPF时补偿负载谐波电流和无功功率，能够很好地解决上述问题。但同时补偿负载谐波电流和无功功率要（a）Ⅰ型系统求SAPF的容量较大，相应的造价也会增加。SAPFiCLiL和并联电容器组成的混合补偿系统

4、，由并联电容器负载补偿大部分无功功率，SAPF补偿谐波电流和少部分无功功率，可以显著降低SAPF的容量和成本［2］。iAiCSAPF由于并联电容器和电网阻抗之间存在谐振，在一定条件下，谐振频率及其附近频率对应的谐波会（b）Ⅱ型系统被放大。因此，SAPF的稳定问题一直是影响其工程图1混合补偿系统结构应用效果的技术难题。对此，国内外学者亦进行了大Fig.1Structureofhybridcompensationsystem量卓有成效的研究［2-13］。从图1（a）可以看出：Ⅰ型系统首先由SAPF补本文首先分析了SA

5、PF的2种典型结构，并对其偿负载的谐波电流，再由并联电容器补偿负载的无建立相应的数学模型，在此基础上分析了不同结构功功率。普通控制方式下，SAPF检测负载电流iL作为补偿对象［3］系统的稳定性。对于Ⅰ型系统，需要改变控制策略以。消除“补偿盲区”，改善系统的补偿效果；对于Ⅱ型系从图1（b）可以看出：Ⅱ型系统是先由并联电容统，需要引入阻尼消除正反馈，提高系统稳定性，以器补偿负载的无功功率，再由SAPF补偿负载的谐获得期望的补偿效果。最后，通过仿真实验进行了理波电流。对于Ⅱ型系统的SAPF，由于补偿电容器与论验证。SA

6、PF的安装位置不同，检测真实的负载电流iL比较困难，此时SAPF检测负载电流与电容器的电流之1混合补偿系统结构和iCL作为补偿对象。SAPF和并联电容器构成的混合补偿系统有22系统稳定性分析收稿日期：2010-07-08；修回日期：2011-04-012.1普通控制方式I型系统基金项目：江苏省产学研前瞻性联合研究项目（BY2010142）为了简化分析，假设电网电压纯正弦，不含谐波ProjectsupportedbytheDepartmentofScienceandTech-nologyofJiangsuProvi

7、nce（BY2010142）分量，此时的单相谐波等效电路图如图2所示。第7期吴在军，等：并联混合型有源电力滤波器稳定性分析与控制传递函数如下：RIGhIALGIChIAILhZG（s）＝［1－G（s）］C（5）CI，1APFZC＋ZGLG混合补偿系统参数如下：Ts=0.1ms，LG=0.13mH，RG=0.05Ω，C=650μF，RC=0.08Ω，Ki=5，Kid［0，1］，图2Ⅰ型系统单相等效电路KPWM=500。由式（5）画出系统bode图，如图5所示，实Fig.2Single-phaseequivalen

8、tcircuitofmodelⅠ线和虚线分别表示SAPF投入前、后补偿系统的工作［4］为负载电SAPF等效为一受控电流源，其中ILh特性。实际上，由于此时系统是开环的，系统无条件流谐波分量，IA为SAPF输出补偿电流，ICh为流过电稳定。可以看到，SAPF投入以前，系统表现出典型的容器谐波电流，IGh为电网电流谐波分量，ZG=RG+无源LC低通滤波特性，此时系统对谐波有一