基于矢量谐振控制的三相四线制APF控制策略
电力系统及其自动化学报Proceedings of the CSU -EPSA 第29卷第7期2017年7月Vol.29No.7Jul.2017
基于矢量谐振控制的三相四线制APF 控制策略
刘翼肇1，王磊1，任春光1，韩肖清1，杨宇2
（1.太原理工大学电气与动力工程学院，太原030024；2.国网山西省电力公司，太原030001）摘要：三相四线制有源滤波器能有效解决0.4kV 低压配电系统中非线性负荷产生的谐波污染、不平衡等电能质
量问题。为有效提高其动态性能，该文提出了一种基于矢量谐振控制的三相四线制有源滤波器控制策略。首
先，直接将网侧电流、直流母线电压作为状态变量，建立了其在dq 0旋转坐标系下的数学模型。其次，该控制策
略基于无谐波检测控制原理，利用了矢量谐振控制频率适应性好和稳定裕度大的优点，实现了对交流谐波分量
的快速跟踪控制，具有动态响应速度快、稳态精度高、计算量小的特点，并采用delta 变换进行了数字化实现。最
后，通过研制的30kV·A 实验样机证实了所提控制策略的有效性，取得了预期效果。
关键词：矢量谐振控制；三相四线制APF ；无谐波检测；delta 变换
中图分类号：TM464文献标志码：A 文章编号：1003-8930（2017）07-0046-07
DOI ：10.3969/j.issn.1003-8930.2017.07.008
Control Strategy of Three -phase Four -wire APF Based on Vector -resonant Control
LIU Yizhao 1，WANG Lei 1，REN Chunguang 1，HAN Xiaoqing 1，YANG Yu 2
（1.College of Electrical and Power Engineering ，Taiyuan University of Technology ，Taiyuan 030024，China ；2.State Grid Shanxi Electric Power Company ，Taiyuan 030001，China ）
Abstract:The three -phase four -wire active power filter （APF ）can effectively solve the power quality problems includ?ing harmonic pollution and imbalance ，which are caused by the nonlinear load in a 0.4kV low voltage power distribu?
tion system.In order to improve the dynamic performance of APF ，a control strategy based on vector -resonant control
（VRC ）is proposed in this paper.First ，a mathematical model of three -phase four -wire APF is established in dq 0rota?tional coordinate by adopting the power supply current and DC bus voltage as state variables ．Second ，based on the principle of non -harmonic detection control ，the proposed control strategy realizes a fast tracking control of the AC har?monic components by making use of the advantages of VRC ，such as good frequency adaptation and large stability mar?gin ．The proposed strategy has the characteristics of fast dynamic response ，high steady -state precision and small com?putational load.Meanwhile ，it is digitally realized with the help of delta transform ．Finally ，the proposed control strate?gy was validated by a 30kV·A prototype developed in laboratory ，and the desired results were achieved.Key words:vector -resonant control ；three -phase four -wire APF ；non -harmonic detection ；delta transform 0.4kV 配电系统是由单相/三相构成的混合型三相四线制供电系统，其负荷具有单相/三相、非线性、不平衡等特征。三相四线制系统中包含有大量的非线性负荷（如三相变频器、单相全桥整流器等），给系统带来大量的谐波污染，同时单相负荷分配不均使三相系统产生较为严重的不平衡问题[1]。与三相三线制系统的负荷特性有很大不同，在三相
四线制系统中，由于中性线的存在，系统包含3个
自由分量，因此，三相四线制系统电流的谐波成分
更加复杂[2]，传统的三相三线制有源滤波器APF （ac?tive power filter ）控制方法并不完全适用，采用先进的控制策略使三相四线制APF 既补偿负荷谐波、无
功，又抑制零序电流，成为当前的研究热点[3-11]。文献[3]分别从线电流频谱、电流误差有效值、
线电流谐波畸变率3方面比较了采用PI 控制、单
周控制、滞环控制的三相三线制APF 性能，采用
滞环控制的APF 治理效果最佳。文献[4-5]提出采
用矢量谐振控制VRC （vector -resonant control ）能实现选择性谐波补偿，相较比例谐振控制PRC （pro?portional -resonant control ），谐波选择性更强，频率适应性好。但上述控制方案易导致系统动态响应
速度慢。为提高系统动态响应能力，很多学者提出直接检测电源电流的无谐波检测控制策略[6-8]。但仍存收稿日期：2015-09-24；修回日期：2017-01-06
基金项目：山西省煤基重点科技攻关项目（MD2014-06）万方数据