一、無差拍 SVPWM 的有源濾波器設計
有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)作為一種用于動態(tài)抑制諧波的電力電子裝置,其能夠同時補償多次諧波電流,能實時控制、自動跟蹤非線性電流并加以控制,有較快的動態(tài) 響應速度,且具有改善三相不平衡度的優(yōu)點。對于有源濾波器諧波電流檢測與補償電流的發(fā)生是其極為關鍵的技術。
有源電力濾波器的電流控制一般采用 PWM(PulseWidth Modulation)模式,目前常用的 PWM控制方式有滯環(huán)電流控制(Current Follow Pulse Width Modulation,CFPWM)、三角波電流控制(ΔPulse Width Modulation,ΔPWM) 和 電 壓 空 間 矢 量 脈 寬 調(diào) 制 (Space Vector PulseWidthModulation,SVPWM)三種技術。對于 SVPWM 其控制方法的優(yōu)點主要在于:提高逆變器直流側(cè)電壓的利用率,減小開關器件的開關頻率以及減少諧波成分,而且此方法更易實現(xiàn)數(shù)字化。因此,逆變電路控制常采 用此種方法。在 APF 的應用中,SVPWM 常與滯環(huán)比較,PI調(diào)節(jié)器以及無差拍等結合應用。本文采用無差拍 SVP-WM 控制策略,對 APF 的電流進行補償控制,以獲得較好的動態(tài)補償效果。
1 電力有源濾波器諧波檢測方法
有源濾波器的諧波電流檢測方法由時域和頻域檢測法構成。時域檢測法主要分為:有功電流分離法和基于瞬時無功功率原理的 p-q 法,ip-iq 法以及 d-q 法等。頻域檢測法主要有 FFT法和諧波濾波器法等。
對于本文研究主要是采用 ip-iq 法來對電力有源濾波器進行分析研究,由圖1可看出其原理。圖中虛線框內(nèi)為直流側(cè)電壓反饋控制部分,正余弦信號 sin ωt 和-cos ωt 由鎖相環(huán) PLL 發(fā)生電路產(chǎn)生。其中 sin ωt 與 a 相輸入電壓 ua 同相;逆變電路直流側(cè)電壓的給定值為 Ucr,Ucf 是反饋值,將這兩路信號之差經(jīng)過 PI 調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié),所得到的Δip 疊加到瞬時有功電流的直流分量中,經(jīng)過運算得出指令電流 ih 中所含基波有功電流,從而令 APF 直流側(cè)與交流側(cè)進行能量互換,從而將 Uc 調(diào)整到給定值。對于電力有源濾波器而言,濾波器逆變器直流側(cè)信號與交流側(cè)信號的 能量交換是本文研究的關鍵。
2 無差拍控制簡介
SVPWM 控制是用指令電流 ic*(k) 代替補償電流 ic*(k+1)使 k 時刻的補償電流在 k+1時刻完全跟蹤上指令電流,但這樣會存在一拍的滯后。而基于 SVPWM 的無差拍控制則在 k 時刻預測出 k+1時刻的指令電流值,并以此代替補償電流,最后通過 SVPWM 控制算法產(chǎn)生PWM 脈沖信號以控制變流器開關器件的通斷,從而使每一時刻輸出的補償電流等于其指令電流,實現(xiàn)了實時控制。無差拍 SVPWM 的控制原理如圖2所示。
二、LTCC 低通濾波器的設計
LTCC 濾波器的設計通常是基于經(jīng)典濾波器設計理論,從結構上講,主要有兩種結構,一種是采用傳統(tǒng)的 LC 諧振單元結構,諧振單元由集總參數(shù)的電容電 感組成,另一種是采用多層耦合帶狀線結構。本文所設計的低通濾波器采用第一種集總參數(shù)形式,理想化低通濾波器電路原理圖如圖3所示。
本文設計的LTCC濾波器中的集總參數(shù)的電容和電感通過 LTCC多層陶瓷集成在陶瓷基板內(nèi)部。LTCC 內(nèi)埋植電容的設計一般采用兩種方式:垂直交指 型(VIC)電容和金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)電容。本文設計的濾波器的內(nèi)埋置電容元件采用垂直交指型(VIC)電容,在相同電容量的情況下,VIC 結構電容相比 MIM 結構電容能夠大大減小端電極面積,從而有效減小濾波器尺寸。