邓孝祥，汤旭日，王红远

黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨 150027

1 概述

随着电力电子快速发展，电网中各种谐波越来越多，影响到了电网的正常输电。因此，如何消除电网中的谐波是相关人士探究的重要课题。而APF能够有效补偿频率及大小都发生变化的谐波，能够弥补传统滤波器各种不足之处，因此被电网中广泛应用。而单周控制属于新型的非线性控制模式，能够有效确保每周开关变量的控制参量和平均值成比例或者相当，有效消除了瞬态与稳态误差，目前被APF中广泛应用。

2 单周控制技术

2.1 单周控制技术特征

事实上，APF具备的补偿性能几乎取于畸变电流的准确、实时监测，以及控制逆变器的输出电流。但是目前跟踪控制APF电流使用最多方法就是PWM控制，但是这些控制方法都存在不足之处，比如三角载波波形畸变、滞环控制开关的频率变化等各种不足。因此就在APF之中应用了单周控制技术，具备了如下几个方面的特征：

1）传统的反馈控制一旦出现了误差，就需要使用后面的几个周期来消除误差，但是应用单周控制技术且不相同，而是在一个周期中就能够将瞬态与稳态误差消除掉，反应十分快；2）能够有效抵抗电源的干扰，确保APF正常运行；3）一个周期中，开关变量所输出平均值随着控制参考的变化而变化；4）单周控制电路比较简单，省去了一些乘法器和其他一些比较复杂的元器件；5）在运行中不需要产生出参考信号，更不需要过多电压传感器。

所以在APF中应用单周控制技术，也就不需要生成基准电流，仅仅需要检测输入电流与APF中的直流电压，有效简化了控制电路。

3 APF中应用单周控制技术

3.1 应用于单相APT中

本文探究的单相APT中使用了双极性单调控制技术，其电路如图1所示。

从图1的电路图中可以看出来，在本电路的控制环中就去掉了电压传感器与乘法器控制电路，本电路中的控制电路由一些比较器、可复位的积分器、触发器以及时钟电路共同组成，而检测出来的电压电容和参考值进行比较，出现偏差就是经过PI控制器来补偿，但是要出现误差电压Vm，PI控制器主要作用就要确保直流侧电容的电压恒定不变，但是只要是时钟信息来到，必然会让VS2与VS3开始导通，这样积分器就开始积分测电容上的误差信号，一旦积分值搞过了Vm（1-2D），比较器就会自动翻转输出的信号，高电平变成低电平，低电平成为了高电平，这样就会产生出复位信号，就将积分器复位，就将VS2与VS3关断，让VS1与VS4导通，确保了输出Vm稳定。一旦下个周期的时钟脉冲来到之时，就会再一次重复着以上的动作。

图1 双极性模式应用于单相APT中的电路

图2 三相三线中应用单相控制

当变换器在双极性模式上工作之时，到达每个周期时节点P与N间电压就变成V0或者-V0，也就是直流侧电压经过了电力滤波器中的H桥变化，在交流侧就转变极性，假如此时的负载比较轻就极易产生直流偏移。而且控制中所有开关都在高开关的频率下进行工作，必然严重损耗到开关。在这种情况下，就采用了单极性单周控制技术。每次轮到开关周期，一旦VS超过0，VS4就导通在搬个工频周期中，VS1与VS2轮流在开关的周期中导通；但是VS低于0，VS3就导通在搬个工频周期中，VS1与VS2轮流在开关的周期中导通；也就是当H桥变换直流侧电压指示就不会改变交流的极性，和双极性的模式相比较，当采用单极性时因为两个开关同时工作于工频状态，而其他的两个开关且处于较高开关频率，有效降低了对开关的损耗，提升了工作效率。同时正负半周还在对称状态下工作，有效消除直流偏移。但是采用单极性就要对电源电路进行检测，需要对电源电压过零点进行检测。

图3 三相四线中应用单相控制

如今，在APF中应用的单周控制技术，大都使用单环控制模式，但是这种方式还是存在一些问题，那就是在进线电流之中带进了直流分量。因此应用双环控制能够有效除掉三角波积分在时间上产生的误差，以及电流纹波产生出来的直流分量，控制的方程如下式：该式中的is1为频率为50Hz的交流成分；is0为电路中的直流分量；I0表示电流is积分值。从式中可知，就能够通过is0实现闭环调节，一旦将is0调节为零之时，I0的积分值就变成稳定值，如果在该控制电路之中加设上一个电流积分电路，就能够闭环调节直流分量，在APF之中发挥中单周控制作用。

3.2 应用于三相三线APT

将单相控制技术应用在三相三线的APT中，其具体的电路如图2所示。

在实际运用中APT则要求能量在直流电容侧与交流侧间来回流动，所以变化器就要在四个象限之间进行工作，而且桥臂上驱动两个开关信号设置成互补，这样就让变换器始终处于了连续的导电模式，具体控制方程是：始终处于了连续的导电模式，具体控制方程是：始终处于了连续的导电模式，具体控制方程是：始终处于了连续的导电模式，具体控制方程是：始终处于了连续的导电模式，具体控制方程是：

3.3 应用于三相四线APT

将单相控制技术应用在三相四线的APT中，其具体的电路如图3所示。

在该系统之中，APF不但要给补偿三相上电流谐波，而且要抑制零线电流，将电源侧零线电流消除掉，确保三相电流的对称。相对于主电路来看，这种方式分为了三相变流器与四相变流器两种模式，自然相对于控制电路也存在各自特征。如果使用了单周控制技术根本不需要对负载畸变电流进行单独检测与计算，更不需要使用乘法器来计算基波电流，有效降低了APF结构，让整个系统更加简单与可靠，极大提升了性价比。

4 结论

总而言之，电力电子技术高速发展同时也加重了各种谐波的危害性，这就需要加大改善APF技术的速度。而在APF中应用单周控制技术，不再需要对电源电压与负载电流进行检测，也不需要使用乘法器，有效简化电流跟踪控制与谐波检测电路，让整个控制电路更为可靠、简单以及无延迟。因此单周控制技术各种优点体现出具备广大的应用市场。

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[2]李燕，周少武，吴季波.新型单周控制的单相滤波装置仿真与应用[J].电气自动化，2010(3)：112-114.

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