篇(1)
摘要：非線性負(fù)載的大量應(yīng)用給電網(wǎng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染，并由此產(chǎn)生了一系列電能質(zhì)量問題，而各種敏感負(fù)載對電網(wǎng)的供電質(zhì)量又提出了更高的要求。無源電力濾波器因其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資少、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行費(fèi)用低，成為電力系統(tǒng)中最普遍的諧波抑制設(shè)備。
Abstract: the nonlinear load of power grid application to brought serious harmonic pollution, and produced a series of power quality problems, and all kinds of sensitive load of power grid power supply quality and to put forward higher request. Passive power filter because of its simple structure, equipment less investment, operation reliability high, low operating cost, be in the power system, the most common harmonic control equipment.
中圖分類號:X503X503 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
本文對無源電力濾波器的參數(shù)設(shè)計方法進(jìn)行了深入的研究。詳細(xì)分析各種無源電力諧波器結(jié)構(gòu)和工作原理，并在其基礎(chǔ)上對影響濾波器性能的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了深入分析，重點(diǎn)研究了等值頻偏、品質(zhì)因數(shù)、無功補(bǔ)償容量特性及系統(tǒng)諧波阻抗對單調(diào)諧濾波器和高通濾波器性能的影響。以此作為濾波裝置設(shè)計的理論基礎(chǔ)，為工程設(shè)計提供了理論準(zhǔn)則。
本文通過分析濾波裝置設(shè)計方案的制定策略，推導(dǎo)最小電容器安裝容量法、無功補(bǔ)償容量分配法及過電壓限制法等工程設(shè)計方法設(shè)計濾波器參數(shù)的流程，并在MATLAB電力系統(tǒng)仿真環(huán)境下，通過仿真驗(yàn)證了工程設(shè)計法。
對電力系統(tǒng)無源濾波裝置，在常規(guī)調(diào)諧濾波器的設(shè)計思路上，考慮實(shí)際濾波器受電網(wǎng)中的負(fù)載和自身元件特性的影響，工作在失諧狀態(tài)下，采取最佳偏調(diào)諧設(shè)計的方法設(shè)計單調(diào)諧濾波器。在給定容量時，對全調(diào)諧、經(jīng)驗(yàn)偏調(diào)諧、最佳偏調(diào)諧設(shè)計進(jìn)行計算，對比結(jié)果，得出最佳偏調(diào)諧設(shè)計所得相對容量較小濾除諧波能力更好的優(yōu)點(diǎn)。
由于交流調(diào)諧濾波器的工作原理及其缺點(diǎn)，針對嚴(yán)重影響調(diào)諧濾波器濾波效果的失諧問題和單個LC支路只能抑制單次諧波的缺陷，以及交流調(diào)諧濾波器不能實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償問題，為了對其進(jìn)行改進(jìn)，學(xué)習(xí)研究了多種可變電抗器。
關(guān)鍵詞: 無源電力濾波器;諧波抑制;濾波效益;失諧
1.1諧波的產(chǎn)生及危害
電力系統(tǒng)中，諧波的定義是指對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解后，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量外，還有一系列大于基波頻率的分量，這部分電量被稱為諧波。近年來, 隨著各種整流、換流設(shè)備、電弧爐、各種電力電子設(shè)備、非線性負(fù)荷以及多種家用電器和照明設(shè)備等的大量使用，電力系統(tǒng)的諧波問題隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用變的越來越突出。相對傳統(tǒng)的電路和電力調(diào)節(jié)裝置，電力電子裝置具有高功率因數(shù)、高功率密度、高可靠性及低噪音、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，這種裝置提高了電能的利用率，但是其本身的非線形使得電網(wǎng)電壓和電流不再為正弦波，而是畸變?yōu)楹懈鞔沃C波的電壓和電流。諧波電壓和電流的出現(xiàn)，嚴(yán)重危害了功用電網(wǎng)及其他系統(tǒng)的正常工作。
諧波的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)諧波對電網(wǎng)的影響
諧波電流在電網(wǎng)線路中會產(chǎn)生附加有功功率損耗。諧波電流雖然通常數(shù)值不大，但其頻率較高，導(dǎo)線的集膚效應(yīng)造成的諧波電阻較大，從而引起的附加損耗增加，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。諧波電流中的無功分量同時會降低電網(wǎng)的功率因數(shù)
(2)引起過電壓和過電流
諧波會引起電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，這種諧振會使諧波電流放大幾倍至幾十倍，從而危及電容器和其他供用電設(shè)備的安全運(yùn)行。嚴(yán)重時會將電容器和電抗器燒毀。
(3)諧波對電機(jī)的危害
諧波對旋轉(zhuǎn)電機(jī)會引起附加損耗和過熱。諧波電流通過定子繞組由于集膚效應(yīng)會造成諧波損耗。另外，諧波電流會產(chǎn)生與諧波頻率相對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出諧波電流，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生損耗和過熱現(xiàn)象。諧波同時會引起機(jī)械振動，對電機(jī)也有很大的危害。其中，正負(fù)序的諧波電流在電動機(jī)中會產(chǎn)生N倍基頻的諧波轉(zhuǎn)矩，它的平均轉(zhuǎn)矩雖然可以忽略，但其產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩會引起電機(jī)的機(jī)械振動和噪音諧波對變壓器的影響主要是發(fā)生諧振時，電流過大，鐵心嚴(yán)重飽和，可危及變壓器的安全。諧波電流流過變壓器，還會增加其銅耗和鐵耗。
(4)諧波對電纜線路絕緣的影響
對電纜線路，非正弦，電壓使絕緣老化加速，泄漏電流加大，當(dāng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振過電壓時，可能引起放炮并擊穿電纜。
(5)諧波對繼電保護(hù)和電力測量的影響
許多電能儀表和繼電保護(hù)設(shè)備是針對正弦波及其過零點(diǎn)校驗(yàn)設(shè)計的，諧波容易引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作或拒絕動作。不同類型的繼電器設(shè)計性能和工作原理不同，故諧波的影響有較大差別。諧波對大多數(shù)繼電器的影響并不大，但對部分晶體管型繼電器可能有很大影響。在存在諧波的情況下，由于沒有統(tǒng)一的表征功率的定義，同一儀表對同一電氣量進(jìn)行測量時，按照不同定義所的得的結(jié)果可能會相差20%~30%。另外，對于采用平均值測量法的儀表，由于需要按正弦波轉(zhuǎn)換成有效值，當(dāng)存在諧波時，結(jié)果有誤差。
(6)諧波對通信系統(tǒng)的干擾
諧波干擾會引起通信系統(tǒng)的噪音，降低通信的清晰度，干擾嚴(yán)重時會引起通信信號的丟失。在諧波和基波共同作用下引起的電話鈴響，甚至?xí)＜霸O(shè)備和人身安全。
(7)諧波對整流裝置的影響
高次諧波對脈沖——相位控制的可控硅(晶閘管)整流裝置有較大影響，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。
1.3諧波的抑制
要解決配電系統(tǒng)的諧波和無功補(bǔ)償問題必須綜合考慮濾波和補(bǔ)償這兩方面的因素，能滿足要求的實(shí)現(xiàn)方法有很多，經(jīng)過學(xué)習(xí)比較，這里主要研究兩種常見的濾波裝置。一種是無源濾波器;一種是有源濾波器。
1、無源濾波器
無源電力濾波器是傳統(tǒng)的補(bǔ)償無功和抑制諧波的主要手段，是一種用并聯(lián)濾波器濾除諧波的典型電路結(jié)構(gòu)，通常是根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能由電力電容器，電抗器和電阻組合而成。一個簡單的串聯(lián)LC電路與諧波源并聯(lián)，應(yīng)用其諧振原理，使某一次諧波在這個支路發(fā)生諧振，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，使該次諧波電流不再流入電網(wǎng)，達(dá)到抑制諧波的目的。如果要濾除若干次諧波，就用若干個單調(diào)諧LC濾波器并聯(lián)接到電網(wǎng)。無源電力濾波器還可以設(shè)計成雙諧振的，同時濾除兩種頻率的諧波，還可以設(shè)計成高通濾波器，以濾除某一次上的諧波。
無源濾波器的優(yōu)點(diǎn)：因其結(jié)構(gòu)簡單，電壓和容量可以做的很大，在吸收諧波的基礎(chǔ)上還可以補(bǔ)償無功，改善功率因素;維護(hù)方便;造價低，運(yùn)行費(fèi)用也低;對某一次高次諧波的吸收效果明顯;設(shè)計制造經(jīng)驗(yàn)成熟。因此成為傳統(tǒng)的補(bǔ)償無功和抑制諧波的主要手段。
無源濾波器雖然存在上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但它也有不足之處。無源濾波器的濾波原理是在系統(tǒng)中為諧波提供一并聯(lián)低阻通路，因此由于結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應(yīng)用中存在著一些難以克服的缺點(diǎn)：
(1)只能抑制按設(shè)計要求規(guī)定的諧波成分，抑制較低次諧波的單調(diào)諧濾波器只對調(diào)諧點(diǎn)的濾波效果明顯，而對偏離調(diào)諧點(diǎn)的諧波無明顯效果。而實(shí)際工程設(shè)計時考慮到設(shè)計投資，不可能依靠增加濾波器的辦法解決。
(2)濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)影響較大，濾波效果隨系統(tǒng)運(yùn)行情況而變化，當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率波動時，濾波效果變差。特別是對電網(wǎng)阻抗和頻率的變化十分敏感，在一個復(fù)雜的電力系統(tǒng)中，這兩個參數(shù)的變化規(guī)律很難精確預(yù)知，因此一個實(shí)際的濾波器要達(dá)到理想的濾波效果是很難的。
(3)當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率變化時，可能與系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)或者并聯(lián)諧振，從而會產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象，使裝置無法運(yùn)行，甚至使整個濾波系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。
(4)當(dāng)系統(tǒng)中諧波電流增大時，無源濾波器可能過載，甚至損壞設(shè)備。
(5)裝置體積大，損耗大。
(6)濾波要求和無功補(bǔ)償、調(diào)壓要求有時難以協(xié)調(diào)。
基于上述無源濾波器設(shè)計和運(yùn)行中存在的問題，國內(nèi)外的設(shè)計研究人員研究出若干解決辦法，通過采取優(yōu)化設(shè)計，在一定程度上提高了無源濾波器的使用效果。但無源濾波器由于原理上帶來的缺點(diǎn)是無法徹底克服的，因此，有必要采用其它濾波方式來抑制諧波。
2、有源電力濾波器
有源電力濾波器是一種能夠彌補(bǔ)無源濾波器不足的一種新型諧波抑制設(shè)備，是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對大小變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。它的基本原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。其應(yīng)用可克服LC無源濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)，與傳統(tǒng)無源濾波器相比，具有突出的優(yōu)點(diǎn)，概括起來主要有：
(1)實(shí)現(xiàn)了動態(tài)補(bǔ)償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對補(bǔ)償對象的變化有極快的響應(yīng)。
(2)可同時對諧波和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償無功功率時不需要儲能元件，補(bǔ)償諧波時所需要儲能元件容量也不大，且補(bǔ)償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)。
(3)即使補(bǔ)償電流過大，有源電力濾波器也不會發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償用。
(4)受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振。
(5)能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。
(6)既可對一個諧波和無功源單獨(dú)補(bǔ)償，也可對多個諧波和無功源集中補(bǔ)償。
基于有源濾波器的上述優(yōu)點(diǎn)，采用有源電力濾波器是對諧波進(jìn)行抑制的一個發(fā)展趨勢，因而受到廣泛的重視，對于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。
但目前國內(nèi)的有源濾波器還處于研發(fā)階段技術(shù)還不夠成熟，應(yīng)用的有源濾波器大都是國外進(jìn)口產(chǎn)品，如ABB公司，價格昂貴，只有少數(shù)的工廠和企業(yè)在用。因此在這里選用無源濾波裝置。
從工作原理來看，濾波裝置可分為兩類。一類為有源濾波器，即該濾波器本身為一諧波源，其發(fā)生的諧波與負(fù)荷產(chǎn)生的諧波大小相等，但方向相反，正好抵消了負(fù)荷產(chǎn)生的諧波，從而達(dá)到消除諧波的目的。這類濾波器目前僅有小容量的裝置投人使用，尚須進(jìn)一步研究。另外一類是無源濾波器，它是采用電容、電感諧振的原理來達(dá)到“吸收”諧波的目的。由于其中有電容器，所以可以實(shí)現(xiàn)濾波兼并補(bǔ)雙重作用。
無源電力濾波器以其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資少、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，成為電力系統(tǒng)中最普遍的諧波抑制設(shè)備。
參考文獻(xiàn)：
(1) 胡治國, 張靜, 何銀永. 帶諧波的無功補(bǔ)償系統(tǒng)[J] 東北電力技術(shù); 2005, (6) 19～21
(2) 徐金亮低壓變頻器的諧波治理和無功功率補(bǔ)償[A] 電力電容器、無功補(bǔ)償技術(shù)論文集[C], 654 內(nèi)蒙古石油化工2006.
(3)王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償.機(jī)械工業(yè)出版社,1999:1-49 138-162
(4)吳競昌,孫樹勤,宋文南等.電力系統(tǒng)諧波.北京:水利電力出版社，1998
篇(2)
摘要：當(dāng)前電力電子變換器、分布式電源以及非線性負(fù)載應(yīng)用較多，將為分布式發(fā)電的電能質(zhì)量帶來一定影響，特別是諧波問題日益嚴(yán)重，如何抑制微電網(wǎng)諧波將成為重點(diǎn)研究的內(nèi)容。本文主要探討了PWM技術(shù)在微電網(wǎng)諧波抑制中的應(yīng)用，并分析了滯環(huán)帶寬的影響。
關(guān)鍵詞：PWM技術(shù);微電網(wǎng)諧波抑制;應(yīng)用
隨著微電網(wǎng)的不斷發(fā)展，解決了大電網(wǎng)運(yùn)行中控制難度大、成本較高和可靠性不強(qiáng)等不足。當(dāng)前微電網(wǎng)發(fā)電將應(yīng)用分布式電源、輸配電系統(tǒng)、負(fù)載等，均需要進(jìn)行能量控制與轉(zhuǎn)換的電力電子裝置接入，將產(chǎn)生大量微電網(wǎng)諧波。在電網(wǎng)內(nèi)形成諧波后，電網(wǎng)內(nèi)電壓、電流以及無功功率均將出現(xiàn)畸變。因此我們要注重運(yùn)用PWM技術(shù)，提升微電網(wǎng)諧波抑制效果，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。
1.微電網(wǎng)諧波產(chǎn)生原因分析
光伏發(fā)電系統(tǒng)是微電網(wǎng)的重要微電源，其原因在于光伏發(fā)電安裝靈活、無污染、可再生、發(fā)展到今天已經(jīng)非常完善與成熟。光伏發(fā)電存在很多現(xiàn)實(shí)問題，包括能源危機(jī)向題、環(huán)境污染問題，將新能源作用充分發(fā)揮出來，這是全球能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)能源等。光伏發(fā)電系統(tǒng)在創(chuàng)造較大經(jīng)濟(jì)效益時，也將出現(xiàn)大量諧波，為微電網(wǎng)質(zhì)量造成極大的影響，劉此我們應(yīng)該作出全面剖析，將相關(guān)治理措施做到位[1]。光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波形成原因?yàn)檫\(yùn)用了很多電力電子裝置，如直流變直流變換器、直流變交流逆變器和選擇了電力電子技術(shù)形成的非線性負(fù)載，會會形成三相不平衡電流及諧波，為大電網(wǎng)造成制約。
2.基于PWM的在微電網(wǎng)諧波抑制方法
2.1 運(yùn)用PWM技術(shù)的APF
諧波源來源于微電網(wǎng)內(nèi)非線性負(fù)載、分布式電源、電力電子變換器等，在產(chǎn)生諧波后會消耗無功，且APF在自身電力電子器件下會形成補(bǔ)償電流，與諧波電流幅值樣，而極性不同，疊加至系統(tǒng)內(nèi)會讓諧波消除[2]。APF工作原理圖如圖1所示，有源濾波器構(gòu)成部分包括指令電流運(yùn)算電路、電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路以及主電路等。指令電流運(yùn)算電路能夠?qū)﹄娏鬟M(jìn)行檢測，該電流為主電路進(jìn)行補(bǔ)償電流的，選擇PWM型電壓型逆變器，APF能夠動態(tài)實(shí)現(xiàn)諧波治理。
2.2 三相瞬時無功功率理論
p、q法檢測的框圖如圖2所示：
該方案主要在三相對稱、無畸變電網(wǎng)中運(yùn)用，其原理：(1)將p、q分別計算出來;(2)通過LPF獲得與基波有關(guān)的p、q直流分量是p、q。這里面p是有功的平均功率，q是無功的平均功率。(3)按照下述公式將被檢測電路ia、ib、ic的基波分量分別為iaf、ibf、ibf。
則路ia、ib、ic的諧波分量分別為iah、iah、iah其計算方式如下：
1ah=ia-iaf
1bh=ib-ibf
1ch=ic-icf
3.滯環(huán)帶寬的影響
如圖3所示為補(bǔ)償前電網(wǎng)電流波形與電流諧波含量，補(bǔ)償前為24.72%。滯環(huán)帶寬在補(bǔ)償效果影響上，在其寬度上按照0.1、2、3作出調(diào)整，其補(bǔ)償后電網(wǎng)電流與補(bǔ)償電流仿真結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。
由圖5、圖6，圖7可知，當(dāng)滯環(huán)帶寬分別為0.1、2、5時，補(bǔ)償電流波形紋波越來越多，補(bǔ)償后電流諧波含量將逐步增加，THD值是1.02%、1.28%、4.32%。分析其原因可知，在帶寬增加以后，開關(guān)頻率會降低，跟蹤精度也越來越小。基于此我們應(yīng)該加強(qiáng)滯環(huán)帶寬的控制，這樣才能實(shí)現(xiàn)滯環(huán)控制效果的提升。
4.結(jié)語
總之，今后世界將朝著可持續(xù)的潔凈、清潔能源方向發(fā)展，清潔能源將逐步取代化石能源終。電網(wǎng)的發(fā)展也將多元化，在科學(xué)技術(shù)推動下，微電網(wǎng)將成為主要發(fā)電方式，研究微電網(wǎng)諧波治理就顯得尤為重要。今后我們需要進(jìn)一步研究PW剛技術(shù)的應(yīng)用，不斷提升微電網(wǎng)諧波抑制效果。
參考文獻(xiàn)
[1]孫瑞.PWM技術(shù)在電機(jī)驅(qū)動控制中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017(28)：54-55.
[2]陶璐，李良光.基于PWM技術(shù)逆變器的諧波的研究[J].科技視界，2017(08)：138.
推薦閱讀：《電子科技文摘》堅持為社會主義服務(wù)的方向，堅持以馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論為指導(dǎo)，貫徹“百花齊放、百家爭鳴”和“古為今用、洋為中用”的方針，堅持實(shí)事求是。
篇(3)
摘要：電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的母線使用大電解電容會降低壽命和可靠性，使用小容值薄膜電容來替代大電解電容，可以提高系統(tǒng)可靠性，除去功率因數(shù)糾正(PFC)電路以降低成本，但要求在網(wǎng)側(cè)具有高功率因數(shù)以及足夠低的電流諧波，因此需要準(zhǔn)確地控制逆變器輸出功率以實(shí)現(xiàn)這種訴求。提出一種修正指令電流的方法控制逆變器輸出功率。選擇PIR控制器，以無靜差跟隨兩倍工頻波動的理想輸出功率。另外，針對電流環(huán)響應(yīng)頻率以上的噪聲，通過電壓前饋的方式補(bǔ)償，能夠彌補(bǔ)電流環(huán)響應(yīng)頻率的不足。通過仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有效性，使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.988 8，網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率0.148 9，網(wǎng)側(cè)電流各次諧波均控制在EN 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)以下。
關(guān)鍵詞：諧波抑制;無電解電容;高功率因數(shù);電流修正;電壓前饋
《大電機(jī)技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1971年，由哈爾濱大電機(jī)研究所主辦。
0 引 言
近年來，永磁同步電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，但是在傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，母線大電解電容存在壽命短、穩(wěn)定性差、體積大的缺點(diǎn)。在對系統(tǒng)性能要求不高的場合，如空調(diào)壓縮機(jī)，使用小薄膜電容代替母線大電解電容，可以在有效提高系統(tǒng)可靠性與使用壽命的同時，免去網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)糾正電路以降低成本。為適應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變，需要新的控制策略來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，并滿足高功率因數(shù)、網(wǎng)側(cè)電流低諧波的控制訴求。
因小容值薄膜電容不能存儲能量以提供穩(wěn)定的母線電壓，母線電壓基本跟隨網(wǎng)側(cè)電壓產(chǎn)生大幅度波動而直接帶來電壓不足，難以支撐電機(jī)的高速穩(wěn)定運(yùn)行的問題，文獻(xiàn)[1]根據(jù)電機(jī)在一個電壓波動周期內(nèi)需要的平均電壓計算弱磁電流來保證電機(jī)云頂運(yùn)行，并給出兩倍工頻頻率波動的q軸電流控制方式，以減小電壓不足的影響。文獻(xiàn)[2]添加一個功率閉環(huán)，通過重復(fù)控制器和試湊PI控制器來重新生成q軸電流指令控制逆變器輸出功率。文獻(xiàn)[3-4]在轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)之間添加一個轉(zhuǎn)矩環(huán)，提出轉(zhuǎn)矩控制器來實(shí)現(xiàn)對逆變器功率的控制，并在電壓不足時，開環(huán)輸出電壓以滿足功率輸出要求以抑制母線電壓迸升。文獻(xiàn)[5]給出了逆變器零輸出時的電機(jī)電流畸變抑制方法。文獻(xiàn)[6-7]綜合考慮電壓與功率的約束條件，離線計算理想的d-q軸電流指令，并在過程中加入少量的電壓矢量修正，得到幾乎理想的實(shí)驗(yàn)波形。文獻(xiàn)[8]不加入額外控制環(huán)路，通過合理調(diào)節(jié)d-q軸電流指令，實(shí)現(xiàn)調(diào)速與網(wǎng)側(cè)諧波要求。文獻(xiàn)[9-10]在網(wǎng)側(cè)輸入端加入一個小電感，利用電感的特性濾除網(wǎng)側(cè)電流的高次諧波，同時在逆變器輸出端做功率補(bǔ)償以抑制電感加入所帶來的LC諧振。
雖然國內(nèi)外文獻(xiàn)出發(fā)點(diǎn)不盡相同，但是最終的控制方式都落到修正逆變器的輸出功率。在小電容的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，母線電容是一個幾至幾十μF的薄膜電容，其功率很小，將其近似為理想值[11]，這也就意味著修正了逆變器的功率，就修正了網(wǎng)側(cè)輸入功率，使得網(wǎng)側(cè)的電流可控。文獻(xiàn)[10-12]將系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡化為一個有著電壓源和電流源的LC電路，網(wǎng)側(cè)輸入為電壓源，而逆變器的輸出簡化為一個電流源。文獻(xiàn)[12]在簡化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，得出系統(tǒng)特征方程并給出諧波抑制方法。為了使逆變器的功率輸出不含有輸出轉(zhuǎn)矩快速波動帶來的噪聲，文獻(xiàn)[1-12]均將速度環(huán)的帶寬降至幾赫茲，使得電機(jī)對轉(zhuǎn)速波動不敏感，始終保持平穩(wěn)的功率輸出，從而避免了諧波的出現(xiàn)。
本文通過對系統(tǒng)模型的分析，建立功率與q軸電流指令修正量的數(shù)學(xué)關(guān)系，使逆變器輸出功率閉環(huán)，更合理地控制逆變器功率。功率環(huán)位于速度環(huán)與電流環(huán)之間，在自身穩(wěn)定性較高的情況下，其對于電機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響會由轉(zhuǎn)速環(huán)糾正，系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及魯棒性得到了保證;同時考慮到電流環(huán)的響應(yīng)帶寬，在電流環(huán)難以響應(yīng)的高頻段，利用電壓前饋的方式，在逆變器側(cè)修正電壓矢量做補(bǔ)償，將響應(yīng)頻率提高至開關(guān)頻率。仿真以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的控制策略有效性。
2.2 電壓前饋
通過電流指令對逆變器功率的控制受限于電流環(huán)帶寬的影響，在高頻段難以達(dá)到理想的控制效果，而逆變器理想功率又以兩倍工頻的頻率波動，q軸指令電流亦大致呈現(xiàn)兩倍工頻波動，電流環(huán)的控制本身會帶有一定的穩(wěn)態(tài)誤差，難以達(dá)到理想控制效果。
另外，對系統(tǒng)控制效果影響更嚴(yán)重的是母線電壓大幅度波動帶來的欠壓問題。在電機(jī)高速運(yùn)行的情況下，要實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制需要克服較大的反電勢，而當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓波動至波谷時，母線電壓隨之波動至波谷，電壓不足以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，如圖5。這種電壓不足的情況一定會存在，并會導(dǎo)致電流難以良好跟隨指令，出現(xiàn)一定程度的扭曲，功率亦得不到有效的控制。
為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)母線處于欠壓狀態(tài)時，忽略功率差，不計入功率環(huán)輸入。
4 結(jié) 論
本文針對母線無電解電容永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)提出了一種基于電流修正的諧波抑制策略，所提出方法的有效性經(jīng)由仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。逆變器功率環(huán)利用PIR控制器以跟蹤兩倍工頻波動的逆變器理想輸出功率，經(jīng)由電流的修正來實(shí)現(xiàn)對逆變器輸出功率地控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果增大網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)至0.988 8，降低網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率至0.148 9，同時輸入電流各次諧波均符合EN 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。該方法有助于永磁同步電機(jī)應(yīng)用的進(jìn)一步普及，具有一定實(shí)用價值。
參 考 文 獻(xiàn)：
[1] JUNG HYUNSAM，CHEE SEUNGJUN，SUL SEUNGKI，et al. Control of three phase inverter for AC motor drive with small DClink capacitor fed by single phase AC source[P]. Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)， 2012 IEEE，2012.
[2] INAZUMA K， UTSUGI H， OHISHI K， et al.Highpowerfactor singlephase diode rectifier driven by repetitively controlled IPM motor[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2013， 60(10)：4427.
[3] ABE K， HAGA H， OHISHIi K， et al. Fine current harmonics reduction method for electrolytic capacitorless and inductorless inverter based on motor torque control and fast voltage feedforward control for IPMSM[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2017， 64(2)：1071.
[4] ABE K， HAGAA H， OHISHI K， et al. Direct DClink current control considering voltage saturation for realization of sinusoidal source current waveform without passive components for IPMSM drives[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2017.
[5] ABE K，AKAMA Y，OHISHI K，HAGA H，et al.Suppression method of increase in motor current at zero output voltage for an electrolytic capacitorless inverter[P]. International Conference on Industrial Electronics for Sustainable Energy Systems (IESES)， Hamilton， 2018 IEEE，2018.
[6] LEE WJ， SON Y， HA J I. Singlephase active power filtering method using dioderectifierfed motor drive[J]. IEEE Transactions on Industry Applications， 2015， 51(3)：2227.
[7] SON Y， HA J I. Direct power control of a threephase inverter for grid input current shaping of a singlephase diode rectifier with a small DCLink capacitor[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2015， 30(7)：3794.