基于瞬时无功功率理论的改进型有源电力滤波器的数

综合检测原理如图2所示。当只检测基波和谐波电流，而不需要检测有功功率和无功功率时，把与电压e相关联的支路去掉即可。

由以上分析看出，由于该方法没有直接使用系统电压信息，因此检测结果的精度不受系统电压波形畸变的影响。与ip-iq相比，该方法也没有用到锁相环，因此在不对称系统中能够更加精确地检测出基波电流和基波有功电流，进而计算出谐波和无功电流。而在数字控制电路中通过编写程序就能实现这些运算。谐波检测中使用的低通滤波器的数字设计将在下文进行讨论。
2)电压补偿控制的设计
APF的核心之一是补偿控制电路，它通过产生驱动脉冲控制开关器件IGBT，实现对谐波与无功电流的补偿。目前主要采用的控制方法有：滞环电流控制方法、电流跟踪控制方法、空间电压矢量PWM控制、无差拍控制及预测控制等，本文将采用空间电压矢量PWM技术的APF补偿方法。详细设计可参考文献。

3 数字低通滤波器的设计
从上文可知，低通滤波环节在谐波检测中是非常重要的一环，滤波器的效果直接影响到谐波检测的精度。根据文献，在谐波电流的检测电路中，一般采用二阶或三阶Butterworth低通滤波器，此时LPF的滤波效果和滤波时动态响应时间能够实现最优配置。在传统的瞬时无功功率中，低通滤波器采用硬件电路模拟，但模拟滤波器的硬件结构设计复杂，调试困难，同时在以数字处理为核心的控制系统中设计不方便，故本文设计了一个无限冲击响应(IIR)型二阶低通数字滤波器，达到有源电力滤波器的数字控制需求。其传递函数表达式为

式中，wn=2πfc，fc是滤波器的截止频率，阻尼系数ζ通常取0．4～0．8。
根据数字信号处理IIR双线性变换法则，通过采用(13)式将LPF传递函数从S域转换到实域

式中T是采样间隔，取由此可以推导出低通滤波器的实域表达式

图3是二阶Butterworth低通数字滤波器的单位阶跃响应曲线。取滤波器截止频率fc=20Hz时，LPF的动态响应时间Tf约为30ms，其稳态误差较小，系统工作稳定。