根据Kirchhoff:电压、电流定律可得：*S5=\\l5+]F5+]TCR5 *5=*+*5
#c = !r'R5 -?c'CF
、!S5 X’S5 +’F5 X!CF +’R5 X!R = 0。
如果令APF有源部分为谐波电流源， 则有
Rc=>(*+/tCR5)， ⑵
令
! = (Rcf+Rr)XRTCR5RCF+RR+RTCR5
r _ RS5 x!
TCR5
RS5 +RTCR5解得：
R7 S5 _ #5 (K+l) xZr+Zcf^ Z2 ^ 、
Zr 1++Zr S5 + —ZRr ++Zr—+ZCF+Z 2 'ZSr 5
'(R5++TCR5 ,
(3)
据式(3)可得，电网谐波电压产生的谐 波，负载谐波电流和TCR谐波电流在电网 支路的分量共同合成为*，当然，因用于补
偿谐波电流源型负载的场合，系统背景谐 波电压往往较小，作用可以忽略不计。故 式(3)可以简化为：
(k+1)xZr+Zcf'Z2'( r #
RRy 十,y+CL 弋,y+1 'RS 51L5 ]1TCR5 # <
⑷据式（4)可知，电网谐波电流*与K 息息相关，当K的范围逐渐向最佳控制点
靠近时，Rs5也将逐渐减少，那么此时流进电 网的谐波电流也将随之降下来。从理论上
来分析，谐波电流将被8-F抵消掉，降低电 网中的谐波含量，使得谐波电流趋向于零。此时:
⑶
3 HVHRPCS电流控制方法
通过HAPF对由负载和TCR所产生的 谐波电流进行控制，就可以达到对 HVHRPCS系统电流的控制[5—8]。如果把检 测负载侧谐波电流作为检测方式，则参考 电流信号为负载和TCR产生的谐波电流， APF输出的谐波电流记为Rf5,将参考电流 L;与Rf5进行做差，将这个差值信号作为控 制器的输入，让这个输出信号直接作用在 电压逆变器端，调整控制器信号，使得注入 支路与负载的谐波电流在大小上与TCR产 生的谐波电流相等，方向刚好相反，真正达 到补偿谐波电流、治理电网谐波的目的，也 能促进电网电能质量不断改善。
依据上述治理谐波的原理与方法，那 么就可以推导出这个系统在各个模块的传 递函数(如图3所示）。控制器传递函数为 0c(S)，负载侧谐波在注入之路分流传递函 数为0(S)，逆变器传递函数为g_(s)，逆 变器输出传递函数为0_(s)。
负载谐波电流设为0(s)，和逆变器电 压在注入之路产生的分流传递函数设为 0,0 s)，由于上现实中系统阻抗一般很小， 则绝大部分负载谐波电流将流入电网侧，
第3期王少杰，王文华：高压型谐波和无功综合补偿系统谐波电流控制方法研究31
图3
HAPF控制框图
Fig. 3 Control block of HAPF
即相当于％
01(S) A〇o
(6)
此时，系统传递函数可简化为图4。
图4
简化后的控制框图
Fig. 4 Simplified control block
依上述框图，可知其传递函数为%*+*LP5-1+0(S)0%XS)0,〇S)v/相对于电压型逆变器，由于可将调制 波输入到逆变器的传递函数是做惯性环 节，令(直流侧电压记为Ud、三
角载波的幅值记为Ut)，则传递函数可表示 为%开关周期记为T，那么0_(S)的传函可 表示为％
0inv ( 9 ) ^pwm
TS+1(8)
如果将系统阻抗忽略不计，那么该系 统的等效电路图如图5所示。
图5
HAPF精简等效电路结构
Fig. 5 Simplified equivalent circuit of HAPF
根据电路原理中的回路分析法定律， 列出如下方程组％
/0(F=#i(FLf
;#i(F = /i(F(V+Pi+i/Li(f)
j
(F = /(F++〇(F
(@)
上式中，输出滤波电感为d和基波谐 振之路电感内阻为di〇
根据图（3)和上述分析，进一步可以建 立系统等效结构如图6所示。
图-
系统等效结构图
Fig. 6 System equivalent structure
根据上述图可以得到系统输出的传递
函数％
G_(S):
]S3+]S 4S4+a2S2+'
(10) 其中：]=)i ，]i — L
l ，'4 — LL) CF，«2LC
f~C7+L + L1，'〇 =C〇
用PI传统方式控制时，0C(S)用（11) 表示：
Gc(S)—
KpS+>S
(11)
式中 > 为比例系数，> 为积分系数。在本 论文中采用神经网络控制器。在该控制器 中，控制算法框图如图7所示，据图可以看 出，根据不同的输入信号E和EC，将>、> 和 > 的经验模拟值分别确定为5. 5，3. 9和 0.6。将EtEC的模糊集设定|NM，NS，Z，
?(^3丨，论域为4-9,93;#的模糊集为: |NVB，NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB，PVB3 论 域为4-7，7 3,用神经网络控制算法计算得 到$>-、$>/，从而实现-/参数的调整，具体 做法参照[9?1]。
32邵阳学院学报（自然科学版)第7卷
mm
pira. ?r
图7
基于神经网络控制器图
MS
Fig. 7 Controller based on neural network
4仿真
利用仿真软件PSIM7.0构建了上述搭
表
建的系统模型，其具体参数（基本参数）如表1所示，注入支路参数如表2所示。
1仿真参数
Table 1 Simulation parameters
三相电源电压（kV) 频率（Hz)
10
50
5次谐波电流（A)
50
7次谐波电流（A)
30
负载电阻(*)
10
负载阻抗（mH)
13
TCR
电抗值（mH)100
Table 2 Injection branch parameters
电容Ci(+F)350E35
电感Li(mH)
29.77
电容C(+F)116.84
表2
注入支路参数
逆变器直流侧采用三相全桥不可控整 流，输出滤波器的电感L0为0.5mH。利用 三角波调制方法来启动开关模式，三角波调 节的频率控制在10kHz，调节幅值控制在- 100A〜]00A。由图8的波形图可以得出， 在传统PI电流控制方法的作用下，负载部 分的谐波电流得到了有效的补偿，电网中的 电流畸变率也得到了很大程度的降低，波形 非常接近于正弦波。但是，在无功补偿方面 存在着过补的情况，具体表现在％因为谐波 治理是针对于固定的容性无功补偿，负载所 需的无功很小。当过补现象发生时，电网基 波电路就会逐渐升高，也会造成电能的额外 负担，节能效果反而大打折扣。
由图9可以看出，在HVHRPCS系统中 投入神经网络控制算法后，能对TCR和负载 谐波进行有效的治理，因而相对于负载侧来 说，在电网侧的谐波和无功得到了很大程度
图（神经网络控制算法作用下的波形
PI控制器作用下的波形
Fig. 8 The wave of PI controller
图8
Fig. 9 The wave of neural network control
algorithm
的补偿，已经基本接近于零，波形和正弦波 也没有明显的区别，而且幅值下降明显，这 些参数充分说明了 HVHRPCS谐波治理和
第3期王少杰，王文华：高压型谐波和无功综合补偿系统谐波电流控制方法研究33
无功补偿的效果。5
结语
针对单独投人有源滤波器或无功补偿 器难以大幅度提高电能质量的问题，将高压 型谐波和无功相结合补偿系统结合起来形 成了一种新的电气节能系统HVHRPCS，它 可以完成无功连续调节，并进行谐波动态治
理，对HVHRPCS系统的控制方法采取了基 于神经网络控制方法，理论和实践上表明新 的电流控制方法能够大幅度提升谐波与无 功的综合动态治理能力，达到了节能减排的 功效。
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