ProSoft 6104-WA-PDPM模块

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传统的有源电力滤波器（APF）补偿原理是，检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流。补偿电流与谐波电流大小相等、方向相反，以防止谐波电流流入电网，zui终得到期望的电源电流。由于这种谐波检测方法在一个采样周期需要进行正反两次变换，计算量较大，以致存在一定的延时，对畸变电流实时性的跟踪补偿能力不强，达不到较好的补偿效果。

　　本文针对非线性负载提出直接功率控制（DPC）方法，该方法是基于瞬时无功功率理论谐波检测的改进。在检测环节中不需将谐波功率转换为谐波参考电流，而直接将谐波功率作为参考功率信号，控制APF发出与参考谐波功率大小相等、方向相反的谐波有功功率和无功功率的PWM脉冲，抵消谐波功率，简化了数据计算量，更好地提高补偿系统对井场电网谐波抑制和无功补偿的动态性能。

1 谐波产生及其危害

　　谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。公用电网中的谐波源主要是各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉等。

　　产生的谐波可使电机负荷加重,产生振荡转矩; 变压器铁芯磁滞伸缩产生震动噪声；通信设备造成干扰；继电保护造成错误动作等不利影响，危及工作人员的安全和设备的工作寿命，故对电网的谐波治理十分必要。

2 DPC控制系统设计

　　针对用电设备中主要谐波源对母线造成的谐波污染问题，设计的DPC控制系统如图1所示。该系统将实时检测母线三相电压。与电流数据进行分析计算，得到瞬间有功功率 和瞬间无功功率，并通过旋转坐标变换得到和，且得出电压矢量 所处扇区的信号。和与参考有功功率给定值 和参考无功功率给定值 比较后输入到功率滞环比较器，由直流电压外环设定， 设为0实现单位功率因数校正。功率滞环比较器输出的功率偏离信号 和 通过开关表的电压空间矢量控制（SV PWM）驱动 ，的开通与关断。

图1  DPC控制系统

2.1DPC谐波检测方法

　　DPC控制系统采用瞬时无功理论的 法检测谐波。该系统谐波检测方法如图2所示。三相电压、电流型号经 坐标变换，实时计算瞬时有功功率 和无功功率 。该方法在计算 和 过程中，需用到与a相电网电压 同相位的正弦型号 和对应的余弦信号 ，它们由锁相环（PLL）可得到，经过高通滤波器（HPF）之后将瞬时功率的直流分量 和 滤除，剩余量为基波电压和谐波电流产生成的谐波有功功率 和无功功率 。其中 和  分为坐标轴变换和旋转变换，即

和 由公式（1），（2）求得：

2.2功率滞环比较器

　　基于坐标变换，瞬间有功功率 和瞬间无功 为正时向电网吸收能量，为负时向电网反馈能量。功率滞环比较器的输入信号为 和 ，输出开关信号为 和 。滞环比较器带宽图如3 所示，带宽 和 的选取直接影响平均开关频率和瞬时功率的跟踪能力，即当和增大时，变流器的开关频率降低，谐波含量（THD）增加，功率跟踪能力下降。反之，当 和 减小时，变流器的开关频率加大，开关器件损耗增加，谐波含量（THD）同时也增加。故需折中考虑工况，带宽一般为功率的5%。