APF直流电压的控制方法

在APF中，为保证良好的补偿电流跟随性能，必须将VSC直流侧电压控制在一个适当的值。APF直流电压的控制通常包含在指令电流信号中，如图5-28中虚框所示。U_dc.ref是直流电压给定值，U_dc是检测得到的直流电压实际值，两者之差经PI调节器后得到调节信号Δi_p，它叠加到瞬时有功电流的直流分量上，经运算在指令信号i_apf.ref中包含一定的基波有功电流，从而使有源电力滤波器的直流侧与交流侧交换能量，将U_dc调节至给定值。

图5-28 APF直流电压的控制

APF直流电压控制关键在于PI调节器参数的设计。根据APF的主电路，可得APF的直流等效电路，如图5-29所示。

由直流等效电路可得如下电路方程：

图5-29 APF直流等效电路

根据VSC交直流侧有功功率平衡，可列写如下方程：

U_si_p＝u_dci_dc(www.xing528.com)

正常情况下，直流电压仅在额定值上下波动，因此上式中的瞬时直流电压可用额定值U_dcN近似替代。再考虑到高频PWM调制引入的延迟作用（等效为一阶惯性环节），由上面两式可以得到直流电压对交流电流中的基波有功电流分量i_p的传递函数：

于是，可得直流电压环的控制系统结构如图5-30所示。若电压调节器采用PI调节规律，由此可得直流电压环的开环传递函数为

图5-30 APF直流电压环的控制环节

APF是一种电流跟踪控制装置，因此直流电压控制回路的响应时间应远大于电流控制回路。电流控制回路的响应时间为PWM开关频率的几倍，通常在0.001s之内，因此直流电压控制的积分时间常数可取τ＝0.01s。为了确保系统稳定，直流电压控制回路的幅频特性曲线应以-20dB／dec的斜率穿越零分贝线，即要求穿越频率满足1/τ＜ω_c＜1/T_pwm。取穿越频率ω_c＝500rad／s，则可得K＝2.27。利用上节仿真示例，可得直流电压的调节过程如图5-31所示。

图5-31 APF的直流电压调节过程