基于數(shù)字控制的有源電力濾波裝置會因為DSP信號采樣、諧波計算導(dǎo)致信號延時，給電網(wǎng)諧波補償性能帶來很大的影響。本文通過對常用的基于瞬時無功理論的諧波電流檢測流程進(jìn)行分析，得到一個可以減小DSP諧波電流檢測延遲時間的方法，以及相應(yīng)的相移補償策略。并通過實驗驗證了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞：有源電力濾波器? 延時補償
1、?前言
有源電力濾波器的發(fā)展可以追溯到1970年[1]。隨著諧波治理標(biāo)準(zhǔn)IEEE519-1992和IEC 1000-3-2的廣泛使用，采用有源電力濾波器代替無源濾波裝置來治理諧波問題已經(jīng)越來越普遍。作為經(jīng)典的諧波檢測方法：瞬時無功功率理論和快速傅立葉變換也得到了快速的應(yīng)用和拓展。
基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)因為它的高性能、無溫漂、控制靈活等特點逐漸代替了采用全模擬器件進(jìn)行諧波電流的檢測和電流跟蹤控制的格局。但是數(shù)字系統(tǒng)的采用也不可避免的帶來了輸出控制信號的延遲。即使僅僅延遲幾個采樣周期，但在有源電力濾波器這幾十微秒的延時也給補償性能帶來了嚴(yán)重的影響。文[2][3]都對延時給各次諧波補償帶來的影響進(jìn)行了分析。
許多專家和學(xué)者都對如何進(jìn)行延時補償提出了自己的策略。文[4]提出了基于瞬時無功理論的數(shù)模混合檢測諧波的方法，該方法得到的諧波信號精度很高。但是因為采用了部分模擬控制，因此對得到的諧波信號在幅度上無法靈活控制，在多機并聯(lián)補償時無法采用該方法來實現(xiàn)。文[5]通過一個系數(shù)恒定的一階延時函數(shù)來修正計算得到的諧波信號，從而得到無延時的諧波信號，并通過反饋控制來實現(xiàn)整個補償?shù)姆€(wěn)定性。但是從[2][3]的分析來看一個恒定的延遲時間對于不同次數(shù)的諧波的影響是不一樣的，因此很難通過一個固定的系數(shù)來修正各次諧波延時相移的效果，該方法有很大的局限性。文[3]中提出在穩(wěn)定負(fù)載的情況下采用上一個工頻周期中對應(yīng)的前一個采樣點的數(shù)據(jù)來計算本周期中當(dāng)前采樣點的諧波電流，在負(fù)載突變的情況下，對上述數(shù)據(jù)乘以一個預(yù)測算子來確定本周期當(dāng)前采樣點的諧波電流。這種方法很有新意，而且從實驗結(jié)果來看精確性和實時性都很好。但是這個針對的是電流性負(fù)載，當(dāng)負(fù)載情況比較復(fù)雜的時候是無法得到那個預(yù)測算子的值，就無法很好的補償動態(tài)負(fù)載的諧波。有一定的局限性。
?本文提出改善延遲時間的方法是基于對瞬時無功理論運算過程的改變，并結(jié)合相應(yīng)的相移補償策略。雖然不能做到無延時補償，但大大縮短了延遲時間，提高了諧波補償性能。方法簡單，很有實用價值。
2、工作原理
本文采用的有源電力濾波器的主電路結(jié)構(gòu)是三相四線制并聯(lián)型有源電力濾波器，控制電路方面由DSP負(fù)責(zé)檢測諧波電流信號，由模擬電路搭建電流滯環(huán)控制電路實現(xiàn)電流的跟蹤控制。本系統(tǒng)檢測負(fù)載側(cè)諧波電流信號之外，還需要對直流側(cè)的上下兩個電容做總壓和均壓控制。因此基于瞬時無功理論的諧波檢測方法如圖1所示。每個采樣周期我們需要采集三相負(fù)載的電流信號、直流側(cè)的上電容電壓信號和總壓信號。同時還要對外部A相電壓的過零點進(jìn)行監(jiān)測，以保證輸出信號的相位和電網(wǎng)一致。每個工頻周期我們通過軟件定時分為512個采樣周期。為了加強抗干擾性能，這個過零點監(jiān)測程序并不是在每個采樣周期都運行，而只是在電壓過零前后一段時間大概1ms的時間段作為監(jiān)控時間，這樣減小了毛刺帶來的影響。
對于三相電流信號，我們先減去其中的零序分量，然后通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換將電流信號從a-b-c三相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到p-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。這樣的一個差頻變換使得我們?nèi)嚯娏髦械幕ㄐ盘柧妥兂闪诵D(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流分量，而其它的諧波信號也都相應(yīng)的降低了50Hz。我們通過設(shè)計一個低通濾波器來得到p-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的直流分量 和 。 代表負(fù)載電流中的有功電流的幅值，而 代表負(fù)載電流中無功分量的幅值。對于只補償諧波的有源電力濾波器我們需要把 和 都計算出來，而如果既要補償諧波又要補償無功則只需要計算 就可以了。然后通過反變換得到三相負(fù)載電流中的基波信號(Iaf, Ibf, Icf)。將基波電流信號減去相應(yīng)相的負(fù)載電流信號我們就得到了諧波電流信號。對于總壓的控制其實就是對電容中的能量進(jìn)行補充或者釋放，因此只要把總壓的誤差信號疊加在有功電流分量上就可以實現(xiàn)對總壓實現(xiàn)有效控制。而上下電容的均壓控制，根據(jù)文[6]的分析，只要在輸出的諧波電流上疊加正值或負(fù)值的直流偏量就可以進(jìn)行均壓控制。