0引言
近年来，非线性负荷的广泛应用对供电质量造成了严重污染，电力系统中的谐波日益严重，同时，保证电网安全、稳定运行，为用户提供高质量的电能的要求也越来越高。有源电力滤波器作为抑制谐波的有效手段，得到了广泛的重视并取得了很大的发展。有源电力滤波器的实质就是一个任意波形发生器[1]，通过一定的算法检测到负荷侧所需要的谐波电流，就发出相应的谐波电流，从而达到补偿的目的。经补偿后系统电流将接近理想的正弦波。为了实现这一目标，需要采用适当的控制策略来控制逆变器开关。目前常用PWM和滞环控制产生开关决策以控制逆变器，对要求的电网电流都是开环的。这就意味着即使补偿电流的检测和计算非常准确，也很难保证对电源电流的精确跟踪，达到良好的调节补偿效果。因此，以并联有源电力滤波器为控制对象，在建立其数学模型的基础上，结合变结构控制和滑模控制的优点，提出了一种综合控制方法。通过使用滑模变结构控制对开关器件进行“开”或“关”状态调节。
1并联型有源电力滤波器（SAPF）数学模型
SAPF的原理在大量文献中已有详尽说明[2][3]，这里只作简单介绍。图1所示为并联型有源电力滤波器原理图。图1中交流侧的电感用于滤去载波分量;同时又作为惯性环节。直流侧的电容主要起能量缓冲的作用。由前面的分析可知，当ic和负载电流iL合成产生一个与电源相电压几乎同相位的正弦波电流时，电网的功率因数便接近于1。假设主电路三相电源对称且稳定，开关器件IGBT为理想开关，其控制用开关函数描述，开关函数可定义为
其状态方程为
La=Lb=Lc=L为SAPF侧滤波电感；
R为SAPF侧电容等效电阻。
根据图1的电路结构图可得到式（3）微分方程。
式中：L为SAPF的电感；
us为电源电压。
由于SAPF的作用是通过逆变器输出把电源电流is调解成与电源电压us同相位的正弦波作为控制系统的设计目标。假设电源电压为正弦波，
式中：k为一标量，其大小决定于负载有功功率和SAPF所消耗的有功功率，这将由逆变器直流侧电容电压的闭环控制来调整。
于是采用SAPF进行电网补偿的问题，转化为如何使电源电流is很好地跟踪参考给定电流
式（8）可以详细写为
2滑模变结构控制器设计
2.1可达性条件
根据滑模变结构理论[4]，定义滑模切换线为
也就是
2.2等效连续控制
当系统进入滑动模态时满足条件[5][6]
由于－1≤veqk≤1，如果系统在满足式（16）和开关频率无限高的情况下，控制逆变器开关，可以使系统工作在切换线上，这样is将紧紧跟踪
虽然实际系统不可能工作在无限高的切换频率下，按－1≤veqk≤1进行控制的系统不可能始终工作在滑模切换线上，但总能保持趋向于切换线而不受外部扰动的影响。
2.3稳定性分析
当系统状态点未到达滑模切换线时，定义李雅普诺夫函数为
由此，可以看出滑模变结构控制策略在SAPF中的应用有它的理论依据。
3SAPF的控制系统
系统的控制框图如图2所示，直接将电源侧的输入电流is作为控制对象，使其为正弦波，且与电源电压同相，达到功率因数为1的目的。系统采用双闭环控制，外环为电压环，一方面控制直流侧的电压使其稳定在给定值附近，另一方面，根据有功功率的流动并利用功率平衡获取参考输入电流的幅值k，与同步信号相乘后作为电流参考信号。内环是电流环，检测实际输入电流is与参考电流的误差，其误差经SMC控制电路产生相应的PWM波控制电路中各个开关管的导通和截止，从而达到实时跟踪控制电源实际电流的目的。控制中，外环电压环采用PI控制。另外，为了避免同一桥臂上两个功率器件在换流时出现的瞬间短路，电路设计上还设置了死区延时，以保证同一桥臂上器件顺序通断。
本文关键字：滤波器 电源，电工技术 - 电源
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