鄧孝祥，湯旭日，王紅遠

黑龍江科技學院，黑龍江哈爾濱 150027

1 概述

隨著電力電子快速發(fā)展，電網(wǎng)中各種諧波越來越多，影響到了電網(wǎng)的正常輸電。因此，如何消除電網(wǎng)中的諧波是相關人士探究的重要課題。而APF能夠有效補償頻率及大小都發(fā)生變化的諧波，能夠彌補傳統(tǒng)濾波器各種不足之處，因此被電網(wǎng)中廣泛應用。而單周控制屬于新型的非線性控制模式，能夠有效確保每周開關變量的控制參量和平均值成比例或者相當，有效消除了瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)誤差，目前被APF中廣泛應用。

2 單周控制技術

2.1 單周控制技術特征

事實上，APF具備的補償性能幾乎取于畸變電流的準確、實時監(jiān)測，以及控制逆變器的輸出電流。但是目前跟蹤控制APF電流使用最多方法就是PWM控制，但是這些控制方法都存在不足之處，比如三角載波波形畸變、滯環(huán)控制開關的頻率變化等各種不足。因此就在APF之中應用了單周控制技術，具備了如下幾個方面的特征：

1）傳統(tǒng)的反饋控制一旦出現(xiàn)了誤差，就需要使用后面的幾個周期來消除誤差，但是應用單周控制技術且不相同，而是在一個周期中就能夠將瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)誤差消除掉，反應十分快；2）能夠有效抵抗電源的干擾，確保APF正常運行；3）一個周期中，開關變量所輸出平均值隨著控制參考的變化而變化；4）單周控制電路比較簡單，省去了一些乘法器和其他一些比較復雜的元器件；5）在運行中不需要產(chǎn)生出參考信號，更不需要過多電壓傳感器。

所以在APF中應用單周控制技術，也就不需要生成基準電流，僅僅需要檢測輸入電流與APF中的直流電壓，有效簡化了控制電路。

3 APF中應用單周控制技術

3.1 應用于單相APT中

本文探究的單相APT中使用了雙極性單調控制技術，其電路如圖1所示。

從圖1的電路圖中可以看出來，在本電路的控制環(huán)中就去掉了電壓傳感器與乘法器控制電路，本電路中的控制電路由一些比較器、可復位的積分器、觸發(fā)器以及時鐘電路共同組成，而檢測出來的電壓電容和參考值進行比較，出現(xiàn)偏差就是經(jīng)過PI控制器來補償，但是要出現(xiàn)誤差電壓Vm，PI控制器主要作用就要確保直流側電容的電壓恒定不變，但是只要是時鐘信息來到，必然會讓VS2與VS3開始導通，這樣積分器就開始積分測電容上的誤差信號，一旦積分值搞過了Vm（1-2D），比較器就會自動翻轉輸出的信號，高電平變成低電平，低電平成為了高電平，這樣就會產(chǎn)生出復位信號，就將積分器復位，就將VS2與VS3關斷，讓VS1與VS4導通，確保了輸出Vm穩(wěn)定。一旦下個周期的時鐘脈沖來到之時，就會再一次重復著以上的動作。

圖1 雙極性模式應用于單相APT中的電路

圖2 三相三線中應用單相控制

當變換器在雙極性模式上工作之時，到達每個周期時節(jié)點P與N間電壓就變成V0或者-V0，也就是直流側電壓經(jīng)過了電力濾波器中的H橋變化，在交流側就轉變極性，假如此時的負載比較輕就極易產(chǎn)生直流偏移。而且控制中所有開關都在高開關的頻率下進行工作，必然嚴重損耗到開關。在這種情況下，就采用了單極性單周控制技術。每次輪到開關周期，一旦VS超過0，VS4就導通在搬個工頻周期中，VS1與VS2輪流在開關的周期中導通；但是VS低于0，VS3就導通在搬個工頻周期中，VS1與VS2輪流在開關的周期中導通；也就是當H橋變換直流側電壓指示就不會改變交流的極性，和雙極性的模式相比較，當采用單極性時因為兩個開關同時工作于工頻狀態(tài)，而其他的兩個開關且處于較高開關頻率，有效降低了對開關的損耗，提升了工作效率。同時正負半周還在對稱狀態(tài)下工作，有效消除直流偏移。但是采用單極性就要對電源電路進行檢測，需要對電源電壓過零點進行檢測。

圖3 三相四線中應用單相控制

如今，在APF中應用的單周控制技術，大都使用單環(huán)控制模式，但是這種方式還是存在一些問題，那就是在進線電流之中帶進了直流分量。因此應用雙環(huán)控制能夠有效除掉三角波積分在時間上產(chǎn)生的誤差，以及電流紋波產(chǎn)生出來的直流分量，控制的方程如下式：該式中的is1為頻率為50Hz的交流成分；is0為電路中的直流分量；I0表示電流is積分值。從式中可知，就能夠通過is0實現(xiàn)閉環(huán)調節(jié)，一旦將is0調節(jié)為零之時，I0的積分值就變成穩(wěn)定值，如果在該控制電路之中加設上一個電流積分電路，就能夠閉環(huán)調節(jié)直流分量，在APF之中發(fā)揮中單周控制作用。

3.2 應用于三相三線APT

將單相控制技術應用在三相三線的APT中，其具體的電路如圖2所示。

在實際運用中APT則要求能量在直流電容側與交流側間來回流動，所以變化器就要在四個象限之間進行工作，而且橋臂上驅動兩個開關信號設置成互補，這樣就讓變換器始終處于了連續(xù)的導電模式，具體控制方程是：始終處于了連續(xù)的導電模式，具體控制方程是：始終處于了連續(xù)的導電模式，具體控制方程是：始終處于了連續(xù)的導電模式，具體控制方程是：始終處于了連續(xù)的導電模式，具體控制方程是：

3.3 應用于三相四線APT

將單相控制技術應用在三相四線的APT中，其具體的電路如圖3所示。

在該系統(tǒng)之中，APF不但要給補償三相上電流諧波，而且要抑制零線電流，將電源側零線電流消除掉，確保三相電流的對稱。相對于主電路來看，這種方式分為了三相變流器與四相變流器兩種模式，自然相對于控制電路也存在各自特征。如果使用了單周控制技術根本不需要對負載畸變電流進行單獨檢測與計算，更不需要使用乘法器來計算基波電流，有效降低了APF結構，讓整個系統(tǒng)更加簡單與可靠，極大提升了性價比。

4 結論

總而言之，電力電子技術高速發(fā)展同時也加重了各種諧波的危害性，這就需要加大改善APF技術的速度。而在APF中應用單周控制技術，不再需要對電源電壓與負載電流進行檢測，也不需要使用乘法器，有效簡化電流跟蹤控制與諧波檢測電路，讓整個控制電路更為可靠、簡單以及無延遲。因此單周控制技術各種優(yōu)點體現(xiàn)出具備廣大的應用市場。

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