浅析有源电力滤波器常用的电流控制方式
摘要:电流跟踪控制方法不是用信号波对载波进行调制，而是把希
望输出的电流或电压波形作为指令信号，把实际电流或电压波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率开关器件的通断(使实际的输出跟踪指令信号变化。因此，这种控制方法称为跟踪控制法。跟踪控制法中常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。本文先介绍滞环比较控制方式和三角波比较方式的基本原理，然后对其进行比较分析。
关键词:有源电力滤波器 谐波电流检测 电流控制
中图分类号:F407.61 文献标识码:A 文章编号:
1、滞环比较控制方式
跟踪型PWM变流电路中，电流跟踪控制应用最多。图1与图2给出了采用滞环比较方式的PWM电流跟踪控制单相半桥式逆变电路原理图及其输出电流波形。
图1 滞环比较控制方式原理图 图2滞环比较输出电
如图1所示，把指令电流和实际输出电流的偏差作为带有滞环特性的比较器的输入，通过其输出来控制功率器件和的通断。设的正方向如图所示。当为正时，导通，则增大;续流导通，则 减小。当为负时，导通，则的绝对值增大，续流导通时，则的绝对值减小。上述规律可概括为:当
(或)导通时增大，当 (或)导通时，减小。这样，通过环宽为的滞环比较器的控制，就在和的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流。滞环环宽对跟踪性能有较大的影响。环宽过大时，开关动作频率低，但跟踪误差增大;环宽过小时，跟踪误差减小，但开关的动作频率过高，甚至会超过开关器件的允许频率范围，开关损耗随之增大。和负载串联的电抗器L可起到限制电流变化率的作用。L过大时，的变化率过小，对指令电流的跟踪变慢;L过小时，的变化率过大，频繁地达到，开关动作频率过高。
以上仿真参数设置如下:，负载，;环宽，给定电流为幅值为10A的正弦。
2(三角波比较控制方式
载波调制的电流控制方式是电压型PWM逆变器中应用较多的一种电流控制方式，其中的载波主要包括三角波、锯齿波和梯形波等。三角波比较电流控制方式是各种载波调制电流控制方式中使用最多的一种。
图3三角载波比较控制方式原理图
图3是采用三角波比较方式的电流跟踪型PWM逆变电路原理图。从图中可以看出，三角波比较控制方式与其他用三角波作为载波的PWM控制方式不同，它不直接将指令信号与三角波比较，而是将指令信号与补偿信号的偏差经放大器A之后再与三角波比较，因此是通过闭环来控制的。放大器A往往采用比例放大器或比例积分放大器，本文采用比例放大器。这样组成的一个控制系统是基于把与的偏差控制为最小来进行设计的。在三角
波比较电流控制中，当比例系数太大时容易出现跟踪不上，即不稳定现象;当比例系数太小时，跟踪会出现幅值和相位差;当比例系数的取值基本合适后(可能还会出现幅值和相位差)，一般可以通过加大积分系数来改善跟踪性能。但是积分系数太大容易影响动态性能，因此比例系数和积分系数要配合起来调节。
三角波比较控制方式简单易行，主电路器件的开关频率是一定的，即等于载波频率，这给高通滤波器的设计带来方便。缺点是三角波比较控制方法的硬件比较复杂而且电流跟踪的实时性能比瞬时比较的方法慢，放大器的增益有限，跟随误差比较大。逆变器始终处于高频工作状态，输出波形中含有与三角载波同频率的高频畸变分量，开关损耗较大，在大功率应用中受到限制。虽然该方法误差的大小是变化的，但可以使用提高三角载波频率、采用多重化技术的方法来削弱这种影响。采用三角波比较控制方法能够达到使输出电流跟随给定电流的目的，输出电流围绕给定的参考电流上下波动。
3(两种方式的比较
三角波比较控制方式和滞环比较控制方式是电压源逆变器电流控制的两种主要方式。利用三角波比较控制方式可以获得恒定的开关频率，装置安全性较高，但响应速度受闭环稳定性要求影响，即便是在稳态也可能会出现滞后误差。滞环比较控制方式可以获得较好的控制性能，精度较高且响应快，但开关频率可能波动很大。
滞环比较控制方式的特点总结如下:(1)硬件电路简单;(2)属于实时控制方式，电流响应很快;(3)不需要载波，输出电压中不含特定频率
的谐波分量;(4)属于闭环控制方式，这是跟踪型PWM控制方式的共同特点;(5)若滞环的宽度固定，则电流跟随误差范围是固定的，但是电力半导体器件的开关频率是变化的。
与滞环比较控制方式相比，三角波比较控制方式有如下特点:(1)硬件较为复杂;(2)跟随误差较大;(3)输出电压中所含谐波较少，但是含有与三角载波相同频率的谐波;(4)放大器的增益有限，增益一般可以通过改变三角波的幅值、电流误差的放大倍数或改变直流母线电压等方式来调整;(5)器件的开关频率固定，且等于三角载波的频率，但输入电流和给定信号可能存在一个周期性的幅值和相位误差，这种误差可以通过增加控制器的增益或加补偿进行克服;(6)具有较好的动态响应，但是其动态响应速度比滞环电流控制稍慢。由上述可见，滞环比较控制方式和三角波比较控制方式各有优缺点，不能孤立地说孰优孰劣，实际应用时可以根据系统要求选择。有调查结果表明，两种方法在实际应用中大体上各占一半，基本相当。
下面给出三角波(f=10KHz)比较控制方式与滞环比较控制方式跟随幅值为10A的正弦波的跟随电流的傅里叶分析结果，如图4和图5所示。
图4 三角波比较控制时跟随电流FFT分析图5滞环比较控制时跟随电流FFT分析
结束语:
有源滤波器的谐波和无功电流的检测方法以及PWM控制方式，并对不
同的PWM控制方式进行了优缺点比较。通过对不同检测方法的讨论，介绍了单相电路基于单位功率因数检测方法和基于瞬时无功功率理论的检测方法。
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