电源滤波器范文

电源滤波器篇1

【关键词】谐波;有源电力滤波器;应用

一、谐波研究背景

当代世界电力工业中，几乎都采用交流供电方式。在理想情况下，电源以单一且固定频率（50HZ或60Hz）向电网提供正弦变化的电压。电网可以视为一个线性系统，系统中各个点的电压，电流会和电源有相同频率的正弦变化，这些电气量只存在幅值和相位的不同。但随着电力电子技术的发展，电力系统中非线性负荷快速增加，实际系统已经不能近似为理想系统，直接的表现形式就是电压、电流出现了波形的周期性畸变。从频域分析的角度就是说，这些电压，电流的波形之中不仅包含了与电源相同频率的基波正弦分量，还有一系列频率是基波频率整数倍的高频正弦分量。这些高频分量统称为电力系统谐波，当电力系统中谐波含量过高时，也可以说存在较重的谐波污染时，电网的安全性和可靠性将会受到威胁，而传统的理论或方法（如正弦电路向量分析法等）也无法应用。因此，电力谐波已经成为世界各国政府，科学界广泛关注的问题，谐波的研究是很有意义的。

二、谐波产生原因与危害

随着我国改革开放的不断深化，现代电力电子变换技术产品等非线性负载的普及应用，一方面是科技发展的表现，另一方面却对电网产生了诸如谐波含量和无功功率增高的不利影响，这使得电网污染成为日益突出的严重问题，因此需要“实施绿色电力电子、打造绿色电网”，就必须首先解决电网污染的这个难题。根据相关的电路知识，负载的电流与加在两端的电压不呈线性关系，从而形成了非正弦的电流，这些非正弦的电流中就包含有谐波，所以可以得出结论：非线性负载是产生谐波的根本原因。关于电网中谐波的来源，可以概括为以下三个方面：

（一）由于发电源质量问题从而产生谐波，这是因为在制作发电机内部的三相绕组时，几乎不可能做到绝对对称，同样发电机内部的铁心也不会绝对的均匀一致。

（二）输电网以及配电网中由于电力变压器的存在，会不可避免的产生谐波。

（三）由用电设备所产生的谐波，这些用电设备主要是指非线性负载。

电力系统中的谐波会造成许多危害和负面影响，这些危害以及负面影响可以概括为以下几个方面：

（一）电网中各个元件由于谐波产生了附加损耗，降低了输电，用电效率。

（二）谐波会对继电保护装置，自动控制装置等形成干扰甚至造成误动。

（三）谐波可能会在电网局部引起串联谐振或并联谐振，谐波电流将放大几倍甚至几十倍，严重威胁电气设备安全并诱发事故。

（四）电气测量仪表会因谐波产生计量误差，给供电部门和用户造成直接经济损失。

三、波抑制与无功补偿装置

想要解决电网谐波污染的问题，主要的解决方案可以从两个方面入手：一是减少谐波的产生，另一个方法是安装谐波补偿装置用来补偿谐波，此方法对于各种谐波源都是适用的，哪里有消耗就在哪里产生补偿，这个浅显易懂的道理可以视作无功功率补偿方法的基本原理，常用的无功补偿装置主要有以下四类：同步调相机、开关投切固定电容、静止无功补偿器、静止无功发生器。一方面，一种设备或者装置会产生出谐波，那么很有可能它也会消耗无功功率;另一方面，在抑制谐波的同时往往也可以起到补偿无功的作用，因此将无功补偿与谐波抑制的研究结合起来，在现阶段看来是十分有必要的。谐波是原本正弦的信号发生了畸变，无功功率使得同相位的电压与电流出现了相位差，这些现象在物理学中都可以视作为波形问题，可以用综合补偿的方法来处理电力系统中的谐波和无功功率问题，有源电力滤波器就是一种同时集合了谐波抑制和无功补偿功能的新型装置。

四、有源电力滤波器的起源、发展

APF的基本思想最早可以追溯 1969 年Bird和Marsh发表的论文，文中完整地提出具有功率处理能力的有源电力滤波器的概念，这可看作是APF基本思想的萌芽。首次完整地描述APF工作的基本原理的学者是H.Sasaki和T. Machida。1976年美国西屋公司的L.Gyuig正式提出了APF的方案，他所说的APF是采用大功率晶体管PWM逆变器结构，其基本原理就是通过逆变产生与谐波电流等值反向的电流，并注入电网，从而达到滤除谐波，净化电网的目的。

上世纪八十年代末，并联型APF、混合型APF、串联混合型APF等多种拓扑结构的有源电力滤波器相继出现。上世纪九十年代中期至本世纪初，自适应、神经网络、滑模控制、重复控制、遗传算法等现代智能控制方法得到了长足地发展。近几年来，研究APF技术逐渐成为热点，美日等国已经有许多大容量APF相继投入到工业应用中，在谐波抑制以及无功补偿方面都取得良好的效果。

五、APF的原理及分类

并联型的APF主要由电流检测电路以及电流补偿电路两大部分组成，将电路负载电流中的谐波分量以及无功电流分量检测出来是电流检测电路的任务，电流补偿电路通过对逆变电路进行控制，使其产生与谐波电流以及无功电流反向的补偿电流，从而实现补偿电路中由非线性负载所引起负载电流中的谐波分量和无功电流分量的目的。按照接入电网的方式， 有源电力滤波器又可以分为并联型有源电力滤波器、串联型有源电力滤波器和混合型有源电力滤波器。并联型有源电力滤波器结构是最简单、最基本的APF，主电路由逆变器构成，它与电网电压构成并联关系，通过向电网中注入与检测所得谐波大小相等、相位相差1800 的电流信号，将电网中的谐波抵消，实现将非线性负载所产生的谐波滤除，达到净化电网的目的。并联型APF思路清晰，容易实现，因此应用最多。串联型有源电力滤波器用于补偿电压谐波。串联型APF以串入电网的方式向电网中注入谐波电压信号，实现将电网电压变为标准正弦波。但在实际应用中，安装、维护相对复杂，费用较高。

混合型有源电力滤波器，它是将串联型、并联型APF混合起来使用，混合型有源电力滤波器不仅包括串、并联的混合，还包括有源电力滤波器与无源滤波器的混合，混合型APF 的谐波补偿能力是最强的，但是从结构上可以很容易知道，混合型APF需要大量的电力电子器件，安装、使用和维护都非常复杂，使用很不方便，尤其是成本太高，性价比很低，因此使用并不广泛。谐波污染问题向电网供电质量提出了严峻的挑战，本文对电网中存在的谐波以及无功功率的起因、危害、治理措施进行了较为详细地阐述，最后找到了可以同时实现谐波治理和无功功率补偿的功能的办法，那就是应用APF，因此，APF有着广泛的应用空间。

参考文献

[1]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]吴勇.有源电力滤波器若干关键技术研究[D].华中科技大学，2007.

[3]罗安.电网谐波治理[M].北京：中国电力出版社，2006.

作者简介：

马娟（1981―），女，山东鱼台人，学士，鱼台县供电公司继电保护专工，研究方向：继电保护。

电源滤波器篇2

Key words Active power filter Harmonics compensationMatlab simulation

摘要与传统无源滤波器比较，有源电力滤波器具有动态响应特性好，滤波特性不受系统阻抗影响等优势。而APF所采用的谐波电流补偿方法，直接决定了谐波补偿的效果。由于传统的瞬时值比较控制方法具有功率器件开关频率较高，损耗较大等缺点。本文提出采用SVPWM控制有源电力滤波器。仿真结果证明采用SVPWM控制方式的有源电力滤波器可有效的降低开关频率、减少系统的开关损耗。

关键词有源电力滤波器 谐波补偿SVPWMMatlab仿真

中图分类号：TN713文献标识码：A文章编号：

近年来,随着各种非线性电路的电力电子装置被广泛应用,其所产生的谐波电压和谐波电流对公用电网造成了严重污染。一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障停运，重则造成整个系统的损坏，由此带来的经济损失是很难估量的。与传统无源滤波器比较，有源电力滤波器具有动态响应特性好、滤波特性不受系统阻抗影响、可同时补偿无功和谐波电流等优势。本文在分析有源电力滤波器数学模型的基础上，根据传统瞬时值比较控制方法开关器件损耗过大的不足，提出了基于SVPWM控制的有源电力滤波器。

1 有源电力滤波器的工作原理

在各种有源电力滤波器中，占主导地位的是并联型有源电力滤波器，其主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中补偿电流发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分组成，如图1所示。

图1并联型有源电力滤波器的系统构成框图

Fig.1 System structure of shunt active power filter

并联型有源电力滤波器的原理是：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，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流大小相等、相位相反，相互抵消，最终得到期望的电源电流，使电网电流成为与电压同相位的正弦波，从而达到抑制谐波、补偿无功的目的[1]。

2 基于SVPWM有源电力滤波器控制策略

APF主电路由开关管与二极管反并联单元组成的三相三桥臂变流器组成。为了便于分析主电路的工作状态及建立其数学模型，有源电力滤波器主电路如图2所示[2]。

图2 有源电力滤波器主电路拓扑结构图

Fig.2 Main circuit topology of Active Power Filter

功率开关器件的损耗电阻用来表示，也就是说实际的功率开关管可由理想开关与电阻串联来等效。网侧滤波电感是线性的，且不考虑饱和；忽略主电路中直流侧电压的波动，等效为一理想的直流电压源。主电路上同一个桥臂的上下两个开关管工作于互补工作状态，且不考虑死区时间的影响。图2中，、、是逆变器相电压， 、、为电网相电压， 、、为非线性负载电流， 、、为逆变器产生的补偿电流， 、、为电网电流。

设定开关函数为:

有源电力滤波器的电阻:，其中为功率开关管的损耗电阻，为交流侧电感等效电阻。所以，由电路原理得出a相回路方程[3]：

由于 所以得出:

同理可以得出:

假定、、为逆变器相电压、、

的补偿电流。所以得出：

如果忽略电阻的影响

将上式离散化得

进而得出

系统检测的谐波指令电流近似代替第k+1次补偿电流采样值；将有源滤波器实际的补偿电流作为第k次采样值代入上式，再与电网电压

做差，就可以求出逆变器桥臂中点的参考电压。

3 有源电力滤波器的仿真研究

有源电力滤波器的仿真模型主要有两部分组成，分别为有源电力滤波器和非线性负载模块。其中有源滤波器模块包括谐波检测模块、PWM信号产生模块以及主电路模块；非线性负载模块采用直流侧带阻感性负载的二极管整流电路模块。有源电力滤波器仿真图如图3所示[4]。

图3 有源电力滤波器系统构成模型图

Fig.3 Diagram of active power filter system module

3.1 仿真结果分析

本文以a相为例，对有源电力滤波器进行瞬时值比较方法和SVPWM控制方法进行仿真，仿真结果如图4～12所示。

图4 负载电流波形

Fig.4 Waveform of load current

图5 瞬时值比较法补偿后电流波形

Fig.5 Waveform of source current after compensation based on instantaneous comparison method

图6 补偿控制电路生成的PWM信号

Fig.6 PWM signal produced by compensation circuit

图7 谐波指令电流与实际跟踪电流波形图

Fig.7 Waveform of indicated harmonic current and detected compensation current

图8 瞬时值比较法补偿后的电源电流与FFT分析

Fig.8 Waveform and FFT analysis diagram of source current after compensation based on instantaneous comparison method

图9空间矢量控制法补偿后的电源电流波形

Fig.9 Waveform of source current after compensation based on space vector control method

图10谐波指令电流与实际跟踪电流波形图

Fig.10 Waveform of indicated harmonic current and detected compensation current

图11补偿控制电路生成的PWM信号

Fig.11 PWM signal produced by compensation circuit

图11空间矢量控制方法补偿后电流及FFT分析

Fig.11 Waveform of FFT analysis diagram of source current after compensation based on space vector control method

3.2两种控制方法的比较

由仿真结果可以得出瞬时值比较法硬件实现容易、电流动态响应速度快、电流跟踪误差小等优点，而且畸变率最小。但是瞬时值比较法的缺点是开关频率不固定，且开关频率随负载而变化，当变流器直流侧电压不够高和交流侧电流太小时控制效果不理想。而空间矢量控制法很好的补偿谐波电流，补偿后的电网电流波形己经非常接近正弦波。空间矢量控制方式对零矢量的合理控制可以明显地降低逆变器的开关损耗。另外，从PWM信号波形图可以看出空间矢量控制方法生成的PWM信号频率低于瞬时值比较控制方法，开关器件的损耗小，而且可以通过编程改变频率值，非常适合数字化实现。

4 结束语

本章利用Matlab搭建了有源电力滤波器仿真模型，并分别对有源电力滤波器的瞬时值比较法和空间矢量控制方法进行仿真。通过仿真结果对两种控制方式进行比较可以得出瞬时值比较法方法仿真模型相对简单，但是其开关频率过大；空间矢量控制方法通过对零矢量的合理控制大大降低了开关频率，并且跟随误差很小、利于数字实现。

参考文献

1 王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M]，北京：机械工业出版社，1998， 4-6.

2 田大强，蒋平，唐国庆.空间矢量控制在有源滤波器中的应用研究[J]，电力电子技术，2003，37(4) :1-3.

3 周君求，陈兰玉，高向坤.基于开关函数的大功率混合型有源滤波器的建模研究[J]，南华大学学报(自然科学版)，2008，22(2) :46-49.

4 颜晓庆，王兆安.并联型电力有源滤波器的仿真研究[J]，西安交通大学学报，1997，31(11) :88-93.

电源滤波器篇3

关键词：电气化铁道；无功和谐波补偿；单相有源电力滤波器；指令电流；PWM控制

中图分类号：TN713.8 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）11-0087-02

为了适应电气化铁路的发展需要，我国使用了大量的交直型电力机车以增加电力牵引负荷，但是随之而来的是此类牵引负荷所导致的谐波，无功含量大的问题日益明显。我国电气化铁路的牵引负荷属于单相大功率整流负荷，此类负荷电流随机性和不对称性很严重，会对电力系统产生较大干扰，因此如何处理好电力牵引负荷的谐波以及无功是目前亟待研究发展的一个课题。我国目前采取的措施是为牵引变电所安装三次，五次调谐滤波器，但是这个方法其效果并不理想。理想的方法采用有源滤波器将进行谐波处理，安装补偿装置以补偿牵引供电系统中存在的谐波以及无功电流。本文基于有源动态补偿技术，设计了适用于电气化铁路牵引供电系统的有源补偿装置，并且提出单相有源滤波器的系统结构及其控制策略，并进行仿真实验。

1 单相电铁有源滤波器主电路的建立

图1是铁路供电系统的原理简化图，其中1是该区域的变电站或者发电站；2是三相交流高压输电线。1与2共同组成了以发电，变电以及输电为功能的一次供电系统。3是牵引变电所，其作用是将由一次供电系统传输来的三相交流高压电降压到适合电力机车所需的等级；4是馈电线，将由牵引变电所降压后的电传送至接触网；5是接触网部分，负责将电送至机车；6是轨道以及大地，共同构成牵引电流的回流通路；7是回流线，将轨道和大地中的牵引回流导入牵引变电所的主变压器；8是电力机车部分。其中，4~7部分为接触网部分，牵引变电所与接触网共同构成了牵引供电系统。

①电源。YnD11牵引变压器的原边侧是电压等级为110 kV的大容量三相电力系统，其副边侧则可以看做是一个电压等级为27.5 kV的大容量单相电压源。

②接触网。根据铁路部门提供的资料，再根据牵引臂的长度即可得到整个牵引网的阻抗。本文在讨论中采取了理想化状态，不把接触网的阻抗计算考虑在内。

③机车负载。电力机车在电气化铁路供电系统中是负载的同时也属于谐波源，通常采用软电气性的直流串励电动机作为牵引电机，其主电路属于不对称，不等分的四段半控桥式整流电路，由大功率晶闸管以及二极管组成，依靠晶闸管之间的顺序控制达到分四段等分的目的，本文为了便于比较分析，对此模型进行了理想化处理，电力机车的基波，三次，五次，七次谐波由可控电流源产生。通过对某牵引变电所的实时测试得到的数据，得到在变电所牵引端相的功率因数是0.7732，p相的功率因数是0.7304，该变电所与其他三个牵引变电所的公共节点在某变电站的110 kV母线，其最大最小运行方式下，三相短路容量分别是1131 MVA，614 MVA。

2 APF控制电路的建立

检测控制电路由MATLAB提供的乘法运算，低通滤波，正余弦发生，无功提取，谐波提取，可控脉冲产生等模块组成，可分为负载谐波以及无功电流运算电路部分，以及APF控制策略实现电路部分。MATLAB在SimPowerSystems工具箱的Extras库中Control Blocks子库下的PWM Generator（PWM发生器），是PWM技术逆变器的控制核心部分。

3 APF主电路的建立

为了对电网侧达到有源滤波APF与无功补偿SVG的目的，需要对电网电流注入其所需的功率因数角的正弦电流，而并联型有源电力滤波器可以实现这个要求，它可以看做是等效可控电源，能产生所需的与被补偿量大小相当相位相反的补偿电流。实际上，当基于PWM整流器拓扑结构的有源环节只向电网注入无功电流而不补偿谐波电流时，该有源环节可以等效为静止无功补偿器（SVG）。

4 未加入有源滤波器的系统仿真

在没有加入有源滤波装置以前，对电力系统进行仿真，此时机车负载含有三次，五次，七次谐波，a,b相电压大小相等，c相接地，起到在实际系统中钢轨的作用，机车负载的谐波含量达到了约27.9%，其中三、五、七、九、十一次谐波含量递减。

5 加入有源滤波器后的系统仿真

不考虑电源电压畸变，提取出机车电流，通过单相电路瞬时无功电流实时监测，计算出指令电流大小，此方法在本文第四章有所介绍，图2所示为带有源滤波装置的牵引供电系统模型。

此时三相电源侧的电压电流波形如图3所示，机车电流如图4所示，表1为谐波含量，可以看出来，此时电力系统的电能质量提高很多，谐波含量只剩下1.34%，同时功率因数也提高了很多。

需补偿的谐波和无功电流如图5所示；无功和谐波电流输入—输出反馈比较后的电流信号如图6所示；PWM控制信号如图7所示。

从上面对于加入有源滤波器之后的牵引供电系统进行的仿真分析可以看出，本文所提出的此系统结构以及控制方法是具有实际效果的，能起到平衡三相电力系统，消除无功和谐波电流的作用。同时，主电路的参数设计，也是科学合理的。

6 结 语

本文研究了如何建立电气化铁路单相牵引供电系统中的有源滤波器的主电路，检测控制电路，以及PWM驱动电路，搭建了各个子系统模块，形成完整的有源滤波器模型。同时对比分析了加入有源滤波器前后的谐波情况，验证了本文所提出的加入单相有源滤波器的系统结构和控制策略是合理的。

参考文献：

[1] 徐祥征.电气化铁道谐波抑制[J].电子设计,2007,(2).

[2] 吕晓琴,章春军,张秀峰.电气化铁道负序、谐波及无功电流实时检测[J].电力自动化设备,2008,(12).

[3] 谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].成都:西南交通大学出版社,2007.

[4] 孟军,杨乃琪,张瑾.基于MATLAB/Simulink的电力系统仿真[M].峨眉:西南交通大学出版社,2008.

电源滤波器篇4

关键词：有源电力滤波器 DSP TMS320F28335 IGBT AD7656

中图分类号：TP216+.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)08-0136-01

为保证供电质量，防止谐波对电网及电力设备的危害，除对电力系统加强管理外，还必须采取必要的措施来抑制谐波。有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）被公认为是治理谐波、改善电能质量最有效的手段之一，已成为电力电子技术应用中的一个研究热点。研究一套并联型有源电力滤波器对于提高电能质量以及系统的安全使用有着十分重要的意义。

1、并联有源电力滤波器结构原理

本系统是基于三相三线制的并联型有源电力滤波器（简称APF），交流电网对各种负载供电，负载中存在非线性负载谐波源，产生谐波、消耗无功。APF由四部分组成：主电路、IGBT驱动电路、数字控制电路和谐波电流检测电路。本系统原理是根据瞬时无功功率理论的ip-iq算法原理，首先由DSP、FPGA等数字控制器计算出三相电流中的谐波分量，再利用不同的方法产生驱动开关元件的PWM指令，这些信号经过相关电路变成驱动信号驱动相应的开关器件，进而产生与非线性负载电流相位相反，幅值为负载电流中的谐波分量幅值的补偿电流，从而达到滤波目的。

2、系统硬件设计

2.1 谐波检测电路硬件设计

因为DSPTMS320F28335处理能力有限，如果将谐波检测以及数据运算都由DSP来完成，系统的运行效果会受到很大影响，为了减少DSP运算任务，在谐波检测系统中，DSP只负责数据运算，不参与控制AD采集数据的工作，谐波检测的数据采集工作由CPLD控制AD来完成，因为系统需要检测7路模拟信号，所以需要两片AD7656进行采样，在此，我们由CPLD控制两片AD7656对7路模拟信号进行同时采样，当数据采集结束后，CPLD依次从AD7656读取7路数字信号，并将这些数据存储在片内的FIFO系统当中，当7路数据读取结束后，FIFO系统产生中断，用以告知DSP采样完成并读取数据。本系统采用CPLD与两片AD7656以并行的方式连接，以提高数据的读取速度。

CPLD的I/OB19与AD7656的CONVST A、CONVST B、CONVST C相连，作为同时启动六路AD转换的控制端口，I/OB20与/CS片选引脚相连，作为AD7656的片选控制口，I/OB21与/RD读寄存器引脚相连作为读控制口，I/OB22与BUSY相连作为AD转换完成状态检测口，另一片AD7656与CPLD的连接与上述方法相同，在此不再介绍。在本系统中，用两片AD同时采集7路模拟信号，CPLD同时控制两片AD7656进行AD转换，读取采样结果时，先读取第一片的AD的6路采样结果，然后再读取另外一片AD的1路采样结果，当7路AD采样结果全部读出，并存储在CPLD的FIFO系统后，产生FIFO中断信号，此中断信号由CPLD的I/OB18口发出，其与DSP的CAP6引脚相连，当DSP捕捉到该中断信号后，通过GPIOB10端口发出读信号给CPLD，然后依次读出7路数据。

2.2 IGBT驱动电路硬件设计

IGBT驱动电路的作用是驱动IGBT开关进而产生补偿电流，驱动电路的性能直接影响着整个系统的性能，良好的驱动电路可以保证IGBT可靠关断、减小开关损耗、降低关断时间、提高耐压和承受du/dt的能力、提高抗干扰能力。为了降低噪声、提高整个系统的性能，大多数系统多采用集驱动与保护功能于一体的专用混合集成驱动模块电路。本系统采用西门康公司的SKHI23/12型IGBT驱动板。其具有以下特点：

(1)集电极和发射极电压实时监控的短路保护，在短路情况下它将阻止输出缓冲器；

(2)软关断功能自动延长IGBT的关断时间；

(3)输入与输出间的所有信息采用变压器隔离采用变压器隔离；

(4)电源电压过低监视保护电路；

(5)为了避免半桥上、下两个IGBT直通，设置有内部互锁电路，死区时间可以通过设改变电阻阻值来调整。

2.3 系统整体硬件设计

首先电网的的电流电压通过霍尔传感器转换成符合AD采样的输入标准，然后DSP28335控制AD7656将模拟信号转换成数字信号，并计算得出补偿指令电流，然后生成并发出控制IGBT的触脉冲信号。驱动模块将控制模块产生的驱动信号通过SKHI23/17驱动板去驱动IGBT开关，进而产生所需要的补偿电流；显示模块为APF提供了友好的人机接口界面，通过其可以直观的观察系统的运行情况；为了实现控制的方便性，本系统提供RS485通讯口与上位机进行通信，这样能够实现远距离的控制，并且可以通过上位机设定下位机的具体参数，达到远程操作的目的。

3、系统软件件设计

系统初始化完毕后开始检测电网中的电能质量，如果电能质量正常则会进入再次检测的状态，如果有谐波存在或者缺少无功，则会触发系统运行， 开始采集数据并分析数据以产生控制IGBT开关的PWM信号，产生所需的补偿电流并注入电网后，系统会再次检测电网的电能质量，直到电能恢复正常标准。

4、结语

本文设计了一种基于DSPF28335的并联有源电力滤波器，设计出了基于DSP的控制电路和IGBT驱动接口电路设计，本系统能够实时实补偿无功并改善电能质量。

参考文献

[1]汤赐,罗安,赵伟 等.混合型并联有源滤波器的稳定性[J].中国电机工程学报,2008,28(6):43-47.

电源滤波器篇5

【关键词】有源电力滤波器;混合型;多重化;模块化

1.引言

随着电力电子器件在工业中的广泛应用，电网中的谐波污染问题日益严重。目前，消除谐波的方法主要有无源电力滤波器（PF）、有源电力滤波器（APF）和混合型有源电力滤波器。无源滤波器结构简单、成本较低、技术比较成熟，但存在容易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使得无源滤波器过载等缺点。有源电力滤波器可以动态抑制谐波、补偿无功，具有良好的动态响应速度和补偿特性，得到了广泛的关注和认可。

2.并联混合型有源电力滤波器

在低压大功率工业应用场合，采用有源电力滤波器与LC无源滤波器并联使用的混合滤波器，主要是为了降低有源滤波器的容量。基本思路是利用LC无源滤波器来分担有源滤波器的一部分补偿任务，让有源滤波器的补偿容量相对较小。两者结合应用既可以克服有源滤波器容量大，成本高的缺点，又可以取得良好的补偿性能，具有较高的性价比。1987年M.Takeda等人提出用并联APF和并联PF相结合的混合型有源电力滤波器方案，如图1所示，在这种结构中，无源滤波器可以包括多组单调谐滤波器及高通滤波器。例如，对于三相桥式整流电路谐波源，无源滤波器典型的组成包括5次、7次及高通滤波器，有时还包括11次甚至13次滤波器。这样，无源滤波器承担了主要的滤除工作，而有源电力滤波器只需补偿LC无源滤波器未能补偿的谐波。这种混合型滤波器可以对较宽范围的谐波进行补偿，性能要好于单独使用的无源滤波器，同时防止了可能出现的谐波放大作用，而APF只需提供很小的补偿电流对高次谐波进行补偿，因而APF容量不需很大。与单独使用的并联有源电力滤波器相比，两者有不少相似之处，另外该方案特别适合于原有采用无源滤波器抑制谐波的改造项目。

图1 并联型混合有源电力滤波器框图

3.多重化有源电力滤波器

多重化主电路由N个PWM变流器模块并联组成，如图2所示，这些PWM变流器模块直流侧并联在一起，共用一组直流电容器。各个模块的交流侧通过各自的进线电抗后接在一起，再经过一个高通滤波器滤除开关纹波后接入电网。

多重化主电路等效开关频率的提高是采用每个PWM变流器基准时钟相位错开的方法实现的。即对各个PWM变流器上的电力电子器件开通的时刻在相位上错开，依次滞后2p/N（N为PWM模块并联个数）。这样每组PWM变流器上的电力电子器件的开关频率并没有改变，而系统的开关频率是由这N组变流器的开关频率迭加而成，故系统总的开关频率是各PWM变流器开关频率的N倍。很显然，系统总的谐波补偿容量是各个模块补偿容量之和。

图2 多重化并联有源电力滤波器框图

为使各个模块的电流输出相互平衡，对计算出的总指令电流还需进行均流分配处理，即各PWM变流器输出的补偿指令电流为总指令电流的1/N。经过分配电路后的指令电流输出到各个模块，通过各模块中的电流跟踪控制电路，控制各模块的主电路产生所需的补偿电流。多重化并联有源电力滤波在使用时，虽然只需一套控制系统，但各个模块的协调控制相对复杂，且对系统的可靠性提出了较高要求。

4.模块并联有源电力滤波器

对于低压大容量有源电力滤波器，特别关注的是电力电子的器件允许流过的电流大小及器件的开关频率。为了提高系统补偿谐波电流的大小，最先想到的办法的是采用多个电力电子器件的并联，增大输出电流。该方案的优点在于主电路的基本拓扑不发生变化，系统的控制方法也不用改变。但这种方案并不能提高系统的等效开关频率，且存在器件的均流问题，对器件的一致性及功率单元的结构设计等提出了较高要求。因此，在大容量有源电力滤波器的研究中，采用这种拓扑结构的方案并不多见。而采用多模块并联有源电力滤波器的补偿方式比较灵活，采用不同数量的补偿模块并联后，可以应用于不同容量及要求的谐波抑制场合，因此在解决各种不同的工业及商业应用场合方面具有较好的可靠性和灵活性。图3所示，为含有多个有源电力滤波器模块并联构成的谐波抑制系统框图，每个模块的主电路采用二极管钳位多电平结构，不仅可以降低电力电子器件单管的耐压，并且可以提高模块的等效开关频率。由于单个模块的容量相对较小，这样就可以相对提高单管电力电子器件的开关频率。进而可以大幅缩小有源滤波器中的高通滤波器的体积，使得单个有源滤波器模块的体积小型化，便于多个模块并联安装。

图3 模块化并联有源电力滤波器框图

图4 模块化并联有源电力滤波器负载电流检测方式

在模块化有源电力滤波器中，重点需要解决负载电流检测和并联控制策略。目前应用中主要有两种负载电流检测方式，如图4所示：一种是所有有源电力滤波器模块共用一套电流传感器，电流传感器接入负载交流进线端。另一种是每台有源电力滤波器模块使用各自的电流传感器检测负载电流，这些电流传感器均接入负载交流进线端同一点。图4（a）所示的负载电流检测方式的的优点在于使用较少的电流检测传感器，缺点在于需要将检测到的负载电流传至所有的模块，并且保证所有模块获得的负载电流检测信号同步。另外，由于共用一套电流传感器，将会造成控制信号地线在所有的有源电力滤波器模块之间耦合，不可避免地引入干扰。图4（b）所示负载电流检测方式克服了方案（a）的缺点，但这种检测方案的缺点是每台模块都需要一套电流检测传感器，增加了系统检测成本，且每台模块的指令电流信号为总谐波电流的1/N（N为APF模块并联个数）。

5.结论

电源滤波器篇6

关键词：谐波；DSP；单周控制；有源电力滤波器

中图分类号：TN713文献标识码：A

文章编号：1004373X(2008)2004203

Study of One-cycle Control Active Power Filter Based on DSP

WU Gang,SHEN Jinfei,WANG Yiwang

(Institute of Electrical Automation,Southern Yangtze University,Wuxi,214122,China)

Abstract：Aiming at the problem of APF distortion in the current real-time response to the rapid detection,APF in the one-cycle control theory and control strategy,and the one-cycle control model of single-phase parallel active power filter are proposed.On the basis of a DSP controller as the core,one-cycle control APF is designed.An experimental study about it is conducted,and the test results are analyzed.The experimental results show that,the method has a good real-time quality,simple control circuit structure and good dynamic characteristics.

Keywords：harmonious;DSP;one-cycle control;active power filter

各种非线性负载应用日益广泛，电网中的无功功率和谐波污染已经成为一个非常严重的问题。为了消除无功和谐波对电网造成的污染，有源滤波器(APF)得到了飞速发展。其采用的控制方法主要分为三角载波线性控制、滞环比较控制、无差拍控制3种类型。这些方法均存在一定的缺陷，如三角载波的波形畸变，滞环控制开关频率变化以及畸变电流检测的快速实时响应等。随着微机控制技术的不断发展以及数字信号处理器(DSP)运算速度的不断提高，无差拍控制法，单周控制法及其他快速优化控制法将在APF中得到进一步的应用。

单周控制法作为一种非线性控制法，最早由美国学者Keyue M.Smedley和Slobodan Cuk提出。其基本思想是：控制开关的占空比，使每个周期内开关量的平均值与控制参考信号相等或成一定比例，从而消除稳态和瞬态误差。目前已成功地应用到DC-DC变换、音频开关放大器、功率因素校正和单相有源电力滤波器等。本文所提出的基于DSP的单周控制有源电力滤波器不仅结构简单可靠，而且具有很好的动态和静态补偿特性及控制器简单的优点。抗电源干扰能力强，鲁棒性好。

1 单周控制有源电力滤波器

1.1 单周控制

单周控制原理如图1所示，它由控制器、1个比较器、1个可复位积分器及时钟组成，其中控制器可以采用RS触发器或D触发器。开关K，K1为一对互补的开关，频率为fs=1/Ts。在每一个周期开始，即t=0时，时钟信号到，开关K闭合，K1断开，输出y(t)的波形和输入x(t)的波形相同，积分器由0开始积分。在t=dTs时(其中d为占空比，d=Ton/Ts，根据模拟控制参考vref调制，且0

图1 单周控制原理图

从图1中可以看出，输入信号x(t)被开关斩波形成输出信号y(t)，输出信号y(t)的频率和脉宽是与开关函数一致,而输出信号y(t)的包络线与输入信号x(t)一致。占空比D为模拟控制参考信号Vref所调制，从而达到对控制变量平均值进行控制的目的。

1.2 主电路分析与控制量关系

图2为包括电源电压US、非线性负载、电压源型变换器以及DSP单周控制器构成的单相并联型APF主电路，其中L为输出滤波电感；C为储能电容；RS为电流取样电阻。

图2 单周控制有源电力滤波器结构框图

如果图2中开关S1，S2，S3和S4采用单周控制器输出的调制脉宽波进行控制，并分别设开关S1，S2在一个时钟控制周期中导通的占空比为d1和d2；相应地开关S3，S4在一个单周期内开通的占空比则分别为(1-d1)和(1-d2)。

APF工作时能量在交流电源和APF直流侧电容之间交换，故变换器应工作在四象限。在电源电压US的正半周，开关S4应该始终开通，同时S2则始终关闭，开关S1，S3由脉宽调制波控制其互补开闭；在电源电压US的负半周，开关S3应该始终开通，同时S4则始终关闭，而S1，S2由脉宽调制波控制其互补开闭。根据单周控制原理，由图2可知，在一个单周期内有下式(1)：

∫d1Ts0ucdt=∫Ts0(us+uL)dt

∫d2Ts0ucdt=∫Ts0-(us+uL)dt(1)

其中Ts为开关周期。由于在一个单时钟周期内，电容电压uc、电源电压us和电感电压uL均可以视为常数，可以被提到积分号外面，因此可得:

d1uc=us+uL，d2uc=-(uS+uL)(2)

由于ul

d1uc=us，d2uc=-us(3)

式(3)就是主电路中交流电压与变换器直流侧电压的关系。然而，式(3)似乎表明直流电压等于交流电压。实际不然，式(3)所表示的实际上是在一个时钟控制周期内，交流电压与直流电压的关系。

2 单周控制模型

在APF控制下，从电源角度看，APF与非线性负载并联后构成的总负载应该有单位功率因数，即单周控制APF的控制目标就是使电源的总负载呈电阻性，即电路应该满足下式:

Us=Reis(4)

式(4)中Us为电源电压；is为电源中电流，它应是具有单一频率的正弦电流且与Us同相位；Re为总的等效负载电阻。把式(4)代入式(3)可得:

d1uc=Reis，d2uc=-Reis(5)

上式两端同乘采样电阻Rs/Rc并令:

u′c=Rsuc/Re(6)

则有:

d1u′c=Rsis，d2u′c=Rsis(7)

式(6)即为单相并联型APF的单周控制模型。在式(7)的控制关系成立时，电路中的电压电流关系也必然使式(4)成立，即使电路具有单位功率因数。式(7)中u′c实际上可以对变换器直流侧电容电压做适当分压并经过比例调节器得到，而Rs为与电源串联的取样电阻。同时，式(7)的单周控制模型表明：对电容电压的分压值进行积分，积分输出与式(7)右边的Rsis或-Rsis进行比较，根据比较结果来决定是否使积分器复位，即决定开关的占空比。

由以上分析及式(7)可得到图3的单相并联型APF单周控制模型。该模型采用2个独立复位积分器分别满足式(7)中2个式子的比较量需要。

积分器的积分时间常数应满足下式:

1τ1∫d1Ts0u′cdt = 1τ1u′cd1Ts=d1u′c

1τ2∫d2Ts0u′cdt=1τ2u′cd2Ts=d2u′c(8)

因此可以得到积分器的积分时间常数τ1，τ2。

τ1=τ2=Ts(9)

由式(7)给出的控制关系所得该模型的单周控制波形示意图见图3，从图3可见，is的正、负半周中始终存在

d1u′c=0和d2u′c=0(10)

故is正半周期间应始终为S4开通，S2关闭；负半周期间应始终S3开通，S1关闭。

3 实验与结果分析

为了验证所提出的控制策略，搭建了DSP实验平台，采用TMS320F2812芯片作为IGBT开关的控制板，它具有强大的数学运算和控制功能，可满足控制系统实时控制要求。逆变主电路采用智能功率模块PM50RSA120，其内部集成了IGBT驱动和保护电路。

图3 单周控制波形图

在软件方面，考虑到DSP的资源情况，由于单周控制要求具有很高的实时性，可以考虑用中断的方式实现。由于C语言具有可读性和可移植性，而系统软件结构又比较复杂，所以主程序结构采用C语言，但由于C程序编译后的效率较低，所以在涉及到大量数据计算时采用汇编语言。软件开发系统模型如图4所示。

图4 软件开发系统模型

电压传感器采到电网电压信号经过电压过零检测送往DSP的外部中断，作为APF的同步信号；通过电流传感器采集到电网电流、负载电流、补偿电流，由于单周控制要求较高的实时性，所以电流信号经过高速ADC模块变换后输入到DSP经过分析采集的电流信号，检测出谐波分量并输出控制信号:控制信号经过驱动电路放大、隔离，送往IPM模块；IPM模块产生PWM输出信号，控制IGBT变流器；变流器产生指定的补偿电流，对电网电流进行补偿。

电源电压为AC100 V/50 Hz，直流侧2个4 700 μF电容串联，逆变器输出电感为1.3 mH，谐波源为二相全桥二极管整流桥。图5所示为实验结果。

图5 补偿前电流波形

由图6可见，滤波前电流严重畸形，但补偿后初级电流显然非常接近正弦，含量很高的谐波已消除。说明该有源滤波控制系统有很好的滤波效果。

图6 补偿后电流波形

当系统不稳定时，APF输出的补偿电流可达稳定时的几倍甚至更高，不仅不能较好地补偿谐波，反而对电网产生冲击并容易造成APF主电路过电流损坏开关器件。因此，在研制单周控制APF时，务必使系统参数匹配，满足全局稳定条件。

图7 补偿后电压波形

4 结 语

本文以单相并联有源电力滤波器为研究对象，设计基于DSP芯片的数字化控制方案，该方案用一片芯片实现单周控制，并介绍该方案的软件设计。虽然实验结果不尽理想，但是基于单周控制的有源电力滤波器因无需检测负载电流和电源电压，其无需使用任何乘法器，故可大大简化谐波检测电路和电流跟踪控制电路，使控制电路简单、可靠无延迟，主电路开关频率恒定、易于实现，并且在一个开关周期，有效地抑制了电源侧地扰动，既没有静态误差，也没有动态误差，故单周控制以其明显优点在有源电力滤波器中显示出广阔的应用前景。

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作者简介

吴 刚 男，1983年出生，江苏泰州人，硕士研究生。研究方向为电力电子。

电源滤波器篇7

关键词：SAPF；IGBT；过电压；寄生电感

中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)09-0055-03

Research on key technologies of protection system for shunt active power filter

CHEN Yu, CHENG Han-xiang, WANG Bing, ZHOU Shu-min

(School of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)

Abstract: During the operation of shunt active power filter, the explosion of IGBT occurs several times. Through experiments the generation of IGBT over-voltage is analyzed. Because the shutdown time of IGBT is very short, the tiny stray inductance on the connecting wire produces a spike over-voltage under the effect of high frequency. The spike over-voltage affects the security of IGBT when it is superimposed on the original voltage. In this paper, the buffer circuit for an appropriate IGBT module used in the 100kVA shunt active power filter is designed, which solves the explosion problems and protects the safe operation of shunt active power filter.

Keywords: SAPF; IGBT; over-voltage; parasitic inductance

0 引 言

由于IGBT功率模块具有开关频率高、可靠性高等优点，因而成为SAPF主电路PWM变流器结构的主选。但是，鉴于其固有的过载能力较差，当出现过流、过压故障，特别是短路故障时，如果保护不及时，往往会造成其永久性损坏。为此，本文分析了导致IGBT损坏的常见诱因——过电压的形成过程，然后提出了主电路结构优化和缓冲电路的设计方案，并通过实际装置的运行，验证了这些方案的有效性。

1 IGBT过电压的形成过程

在并联有源电力滤波器运行时，IGBT模块无论是在产生补偿电流时，还是在电网向直流侧电容充电时，都起着相当重要的作用，但是，由于其自身固有特性，在关断瞬间或是续流二极管恢复反向阻断能力时都会产生过电压，从而对IGBT的安全运行构成威胁[2，3]。为此，本文按照搭建的100 kV·A样机容量的要求，选用日本富士电机生产的R系列IGBT-IPM模块7MBP150RA120作为变流器构成主电路，并为其设计了吸收缓冲电路。

图1所示是单个IGBT及电路图，其中Ls1和Ls2为连接IGBT模块导线的寄生电感。从模块手册可知，IGBT从导通到关断，其电流从90%下降到10%所需要的时间tf=0.18～0.3 ms。若tf取0.2 ms，并取100 kV·A容量的APF电流为150 A计算，其电流变化di=150 A，则：

(1)

这样，在没有吸收缓冲电路的情况下， 1 μH的电感所产生的电压为：

(2)

7MBP150RA120模块的耐压等级为1 200 V，750 V的过电压叠加在原有电压基础上，足以使模块瞬间烧毁，且寄生电感一般不止1 μH，普通电阻的寄生电感可能在10 μH以上，定制的无感电阻的寄生电感也有2～3 μH。因此，微小的电感就可以产生巨大的过电压，致使IGBT模块被击穿损坏。

为了更直观地观察寄生电感产生的感应电压，笔者将系统线电压调至100 V，直流侧电容电压控制在180 V，通过试验运行，所获得的直流母线电压波形和IGBT关断时发射极与集电极间电压波动波形如图2所示。

图2中，每格电压为50 V，由图可见，尖峰电压最大幅值可达100 V；在IGBT关断瞬间，UCE的幅值接近90 V，这都对IGBT的安全运行构成威胁。解决模块过电压的关键方法是设法减小模块电路直流侧的寄生电感，优化主电路结构，设计合理的吸收缓冲电路。

2 有源电力滤波器主电路结构的优化设计

为了减小过电压，有源电力滤波器主电路设计应在满足绝缘、散热的条件下，尽量减小直流侧连接导线的分布电感，减小直流侧电容的寄生电感，提高器件工作的安全性。

电源滤波器篇8

近年来，随着我国经济的飞速发展，推动了各行各业的发展速度，电网的规模也随之不断扩大。与此同时，电力设备的大量增多，使谐波问题日益凸显。有源电力滤波器是抑制电网谐波污染的有效途径之一，其能够对频率和幅值处于不断变化的谐波进行跟踪补偿，并且补偿特性不会受到电网自身阻抗的影响，滤波效果非常良好，可以满足电网动态补偿的需要，正因如此，使有源电力滤波器在电网中获得了广泛应用。然而，在实际应用中发现有源电力滤波器在正常启动的过程中常常会发生对冲问题。而软启动技术的提出，为这一问题的解决提供了条件。基于此点，本文就大容量并联型有源电力滤波器的软启动技术展开探究。

关键词：APF；软启动技术；电力设备

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

一、并联有源电力滤波器的基本工作原理及分类

（一）基本工作原理

有源电力滤波器简称为APF，其基本工作原理如下：对补偿对象中的电流和电压进行检测，经过相应的计算后得出补偿电流的指令信号，该信号在经过电流发生电路时会被放大，从而得出补偿电流，而此时补偿电流则会与负载电流当中需要补偿的无功及谐波等电流互相抵消，最终便可以获得期望的电源电流波形。图1为APF的基本工作原理图。

图1 APF基本工作原理图

（二）APF的分类

APF大体可分为直流和交流两大类。其中有源直流滤波器的主要作用是能够消除高压直流输电系统中换流器直流侧的电流及电压谐波。而有缘交流滤波器（即APF）则一般被用于交流电力系统中各电压等级的谐波补偿。

1.按照接入电网的方式可将APF分为并联型、串联型、混合型以及串并联型。其中并联型常被用于无功电流、负序电流和负载谐波的综合补偿；串联型的主要作用是能够有效地消除电压型谐波电源对电力系统的影响。目前出现了一种新型的有源电力滤波器，它是集并联型和串联型两者功能于一身的装置，被称为电能质量调节器。

2.按照主电路中使用的贮能元件不同APF可分为电压型和电流型两种。前者的主电路直流侧接有较大的电容，设备处于正常运行时，电压能够保持基本不变；而后者主电路直流侧则接有较大的电感，当设备处于正常运行时，电流能够保持基本不变。

3.按照接入系统的不同可分为单相和三相两类，而三相有源电力滤波器又分为三相三线和三相四线制两种。本文主要是基于三相三线大容量并联型有源电力滤波器来进行研究。

二、大容量并联型APF的软启动技术研究

（一）APF投运中存在的问题

APF在投入运行的过程中，常常会出现以下两个方面的问题：

1.在APF启动的瞬间，直流侧的电压一般都相对较低，此时的电压值与直流电压的给定值有较大的差距，这样一来在PI控制的前提下，便会形成较大的有功电流作用到指令电流上。通常情况下，当直流与交流电压一定时，电感的值越大，其中的电流变化率就会越小，这时电流自身的跟踪能力也就变得越弱；相反，若是电感的值越小，则其中的电流变化率就会越大，相应地动态响应速度就变得越快，并且APF启动时的冲击电流越大就越容易引起振荡。因交流侧的电感值相对较小，从而会导致桥臂上的电流较大，这样一来便会对绝缘栅双极型晶体管产生较大的影响。

2.APF在启动过程中，直流侧的电压初值与电压给定值相差较大，从而导致电压产生超调，若是不采取相应措施的话，很容易导致直流侧电压过冲，这样便极有可能造成电容器损坏，严重时甚至会引起爆炸。

（二）APF软启动的特点

通常情况下，对于大功率的电力电子设备而言，基本上都需要软启动过程。

1.逆变电源。恒频恒压逆变电源的软启动采用的是输出电压给定由零值逐步递增至理想值，并在每个开关周期内均增加一定的数值，直到软启动完毕。在整个启动的过程中，系统的调制比呈现出逐步增大的状态，此时输出的电压也处于缓慢上升状态，从而达到了减小启动电流冲击的目的。

2.直流电源。在DC/DC的电路当中，脉冲调制控制芯片中基本都自带有软启动功能，利用内部的恒流源来完成对软启动电容的充电，这样便可以使误差比较器的输出被箝位在软启动电容电压，此时占空比会从零值开始逐渐增大，直至工作稳定为止。

3.APF的软启动。与以上两种软启动相比，大容量APF的软启动具有以下特点：其一，大容量的APF由于交流侧的电感相对较小，从而增大了软启动的难度；其二，APF一般都是对交流侧输出电流的软启动；其三，APF不仅需要对电流环抑制启动中的输出电流冲击进行控制，而且还需要对直流侧电压的缓升进行控制。换言之，APF的软启动实质上是电压环和电流环同时软启动的过程。

（三）APF软启动方法和步骤

为了进一步消除APF启动时出现的电压和电流过冲问题，必须采用软启动的方式，具体方法和步骤如下：

1.预充电过程。由于APF的交流侧为三相电网电压，而直流侧则为大电容。为此，可在主电路投入运行前，借助绝缘栅双极型晶体管的反并联二极管经充电电阻为直流侧电容进行充电，而直流侧的电压则预冲至三相电压峰值，此时检测回路便会检测到直流侧电压达到一定值，从而接触器便会自行闭合，以此来使充电电路短路。

2.锁相过程。当整个预充电过程结束后，主控制便会利用检测市电过零对电路输出的方波信号进行检测，进而实现对市电的锁相。在电力系统中，交流侧电流变化率主要是由APF交流侧输出电压的相位决定的。当锁相这一过程先于APF运行时，便能够进一步防止锁相时相位因相位不稳而导致电流冲击的情况发生。

3.电流环输出指令递增软启动。当以上两个步骤完成后，系统便会带载启动。为了防止冲击电流以及电容电压波动增大的情况发生，系统接收到相应的启动信号之后，便会对电流指令采取逐步递增的控制方法。在整个启动过程中，随着指令电流的逐步增大，可以使启动电流冲击获得有效抑制，并且在软启动完成后，不会对系统的正常运行造成影响。

4.电压环软启动。电压环的软启动主要有以下三种方法，下面分别进行介绍：

①逐升法。即在电压给定的前提下，逐步升高电压的方法。在APF的启动过程中，可将直流侧的电压给定值确定为，然后从预充电之后的电压值进行逐步递增，每一个基础波形周期的给定值增加U，n个周期以后达到最终值。在整个启动过程中，电压的反馈误差始终保持在一个很小的范围内，同时调节器中输出的有功电流也相对较小，在电压环调节器的作用下，直流侧的电压能够以平稳无超调的状态达到最终值。

②充电法。在APF启动的过程中，当直流侧的电压值小于某个特定值时，电压环便会不经PI调节器调节，其输出的给定值则为较小充电有功电流指令，这样便可以确保直流侧电压平稳缓慢地完成充电。而当直流侧的电压值大于等于某个特定值时，电压环PI调节器便会自行启用，这样便可以确保电压平稳上升无超调。

③变换参数法。在APF启动的过程中，当直流侧的电压值小于某个特定值时，电压环PI调节器便会自行选择较小的PI参数值，进而减缓电压的上升速度及误差累积，以达到减小超调量的目的。而当直流侧的电压大于等于某个特定值时，PI参数较大的调节器便会自行启用，从而使直流侧的电压保持稳态输出。

结论：

综上所述，大容量并联型APF软启动与一般的逆变器和直流电源的软启动有所不同，APF的软启动主要是针对电压外环和电流内环的双重软启动。本文中提出的逐升法、充电法以及变换参数法在具体装置中进行应用结果表明，这种软启动方法是可行的。除此之外，该软启动方法还可以应用于大容量的高频整流器和三相逆变器并网的软启动过程。通过本文的研究对推动大容量并联型APF在电网中的应用具有非常重要的意义。

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