第4章電能質(zhì)量控制技術(shù)4.1電能質(zhì)量控制技術(shù)的研究意義

造成電能質(zhì)量現(xiàn)狀主要有兩方面的因素：

由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，大型電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。各種對電能質(zhì)量要求較高的用電設(shè)備不斷普及，如微電子產(chǎn)品生產(chǎn)流水線、精密試驗(yàn)儀器和辦公設(shè)備、高性能家用電器等。電能質(zhì)量不合格會引發(fā)嚴(yán)重后果。

電能質(zhì)量控制技術(shù)研究能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。它能夠改善電力系統(tǒng)電能質(zhì)量水平，減少電力系統(tǒng)內(nèi)部因電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的損耗，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，提高電力系統(tǒng)在電力市場中的競爭力；能夠減少對精密電子設(shè)備的影響，使用戶能夠在最佳的供電條件下進(jìn)行生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益；能夠促進(jìn)與電能質(zhì)量控制相關(guān)的電力電子新技術(shù)的發(fā)展。總之，電能質(zhì)量控制技術(shù)對推動電力技術(shù)發(fā)展和提高人民生活質(zhì)量都具有極其重要的意義。

4.2電能質(zhì)量控制技術(shù)的分類電能質(zhì)量的概念在一定程度上來自于電磁兼容。電磁兼容（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：

設(shè)備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度；設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值。電能質(zhì)量控制技術(shù)的分類1.提高供電設(shè)備和用電設(shè)備的技術(shù)性能

目前，對電能質(zhì)量要求較高的行業(yè)主要集中在電子工業(yè)領(lǐng)域，尤其是大規(guī)模集成芯片生產(chǎn)、精密儀器生產(chǎn)廠商、航空航天部門等。從提高供電設(shè)備和用電設(shè)備的技術(shù)性能的角度來減小電能質(zhì)量問題對于上述工業(yè)領(lǐng)域的廠商或者部門的正常生產(chǎn)和工作的影響是關(guān)鍵的。2.采用電能質(zhì)量控制裝置

具有不同特性的非線性用戶應(yīng)采用不同的措施來抑制對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的不良影響。電力系統(tǒng)中的諧波源主要分為兩種：非線性電磁耦合裝置：主要包括電力變壓器和靜止補(bǔ)償裝置中的飽和電抗器等。這些設(shè)備在正弦電壓作用下也會使電流波形畸變，其中以3次諧波為主，一般變壓器和電抗器的空載合閘涌流可達(dá)額定電流的6~8倍，此時(shí)諧波分量極為明顯。換相裝置：對稱換相裝置（如三相對稱橋）和不對稱換相裝置目前電能質(zhì)量控制裝置的種類很多，根據(jù)特性主要分為兩大類：無源設(shè)備：主要是指由容性和∕或感性元件構(gòu)成的設(shè)備，如無功補(bǔ)償電容器、LC濾波器等；有源設(shè)備：主要是指采用可控的開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量治理的設(shè)備，如有源電力濾波器（APF）等。4.2電能質(zhì)量控制裝置原理4.3.1無功補(bǔ)償電容器和LC濾波器

電力系統(tǒng)除了負(fù)擔(dān)負(fù)荷的有功功率P，還要為負(fù)荷提供無功功率Q。兩者與負(fù)荷的視在功率S之間

負(fù)荷的功率因數(shù)是衡量負(fù)荷是否充分利用網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的指標(biāo)之一，其定義為負(fù)荷有功功率與視在功率之比

負(fù)荷功率因數(shù)越高，說明大部分視在功率被用來提供有功功率，從而減少無功功率的消耗。提高功率因素可以改善設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮系統(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)能力，減少電壓損失和線路損失，改善電壓質(zhì)量，提高電力網(wǎng)的傳輸能力。

目前使用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置是并聯(lián)電容器，或者并聯(lián)電容器中串聯(lián)電抗器，同時(shí)作為LC濾波器使用。串聯(lián)和并聯(lián)濾波器的原理電路如圖4-1所示。LC濾波器不僅可以提供全部或部分非線性負(fù)荷所需的無功功率，還可以降低電網(wǎng)的諧波電壓或減少進(jìn)入系統(tǒng)的諧波電流并達(dá)到或接近可接受的水平。LC濾波器的安裝位置一般在整流負(fù)荷的一次側(cè)或?qū)ｉT為濾波裝置設(shè)計(jì)的變壓器的第三繞組上。LC濾波器的設(shè)計(jì)流程主要考慮其諧振頻率及電容器耐壓，電抗器耐流。

1.LC濾波器的分類1）按接入系統(tǒng)的方式，可分為以下兩種類型：串聯(lián)濾波器：它串入系統(tǒng)，通常通過LC并聯(lián)諧振的高阻抗來阻礙諧波進(jìn)入系統(tǒng)；并聯(lián)濾波器：它并入系統(tǒng)，通常通過LC串聯(lián)諧振的低阻抗來使諧波源產(chǎn)生的諧波與系統(tǒng)分流。

有時(shí)并聯(lián)濾波器和串聯(lián)濾波器可混合使用。并聯(lián)濾波器性價(jià)比要好于串聯(lián)濾波器。并聯(lián)濾波器和串聯(lián)濾波器都是調(diào)諧濾波器。1.LC濾波器的分類2）按調(diào)諧銳度可把并聯(lián)濾波器分為調(diào)諧濾波器：其串聯(lián)（等效）電阻很小，也稱高Q（品質(zhì)因數(shù)）濾波器，它幾乎調(diào)諧在某較低次諧波（基波、2次諧波）上；阻尼濾波器：其（等效）電阻較大，也稱低Q濾波器，它往往在某一寬頻帶上呈現(xiàn)低阻抗，常用的是高通阻尼濾波器。3）按階數(shù)可把并聯(lián)濾波器中的阻尼濾波器分為一階、

二階、三階等阻尼濾波器。

本書重點(diǎn)討論并聯(lián)濾波器，如無特殊說明，LC濾波器均指并聯(lián)濾波器。2.常用LC濾波器及其特性

調(diào)諧濾波器常見的有單調(diào)諧和雙調(diào)諧兩種，可以濾除某一次(單調(diào)諧)或兩次(雙調(diào)諧)諧波，該諧波的頻率稱為調(diào)諧濾波器的諧振頻率。用于吸收單一次數(shù)諧波(如單獨(dú)濾3、5、7次諧波)的濾波器稱為單調(diào)諧濾波器。

單調(diào)諧濾波器的電路和相對阻抗-頻率特性曲線如圖4-2所示，其中相對阻抗-頻率關(guān)系為

式中fr-單調(diào)諧支路的固有頻率，f=fr時(shí)發(fā)生串聯(lián)諧振。

雙調(diào)諧濾波器的電路和相對阻抗-頻率特性曲線如圖4-3a、b所示，圖4-3c是其X(f)-R(f)極坐標(biāo)特性曲線。

圖中所示雙調(diào)諧濾波器在5次和7次諧波上發(fā)生串聯(lián)諧振。在接近諧振頻率時(shí)，雙調(diào)諧濾波器可等效成兩個(gè)并聯(lián)的單調(diào)諧濾波器。對阻尼濾波器，常見的有一階阻尼和二階阻尼兩種。圖4-4和圖4-5所示分別為一階、二階阻尼電路和阻抗模值-頻率特性曲線。

圖4-6表示三階阻尼和C形阻尼濾波器的電路，與一階和二階濾波器相比，其高通濾波性能都欠佳，但由于三階阻尼濾波中加入C2，以及C形濾波器使C2與L在基波下調(diào)成串聯(lián)諧振，從而分別使基波下R中的功率損失變小和變?yōu)樽钚?，在?jīng)濟(jì)上當(dāng)然是以附加C2的費(fèi)用為代價(jià)的。

比較調(diào)諧濾波器和阻尼濾波器，前者對自身元件參數(shù)準(zhǔn)確度要求更高。環(huán)境溫度引起的元件參數(shù)變化以及電網(wǎng)頻率偏移都會使調(diào)諧濾波器失諧，因此，不能使調(diào)諧濾波器正好設(shè)計(jì)在某一次諧波的諧振點(diǎn)上，而是要向感性區(qū)做適當(dāng)偏移。3.系統(tǒng)阻抗與濾波的關(guān)系

設(shè)非線性負(fù)荷為諧波電流源，其與系統(tǒng)和濾波器組成的網(wǎng)絡(luò)模型如圖4-7所示。

分流關(guān)系為式中，In-n次諧波電流源,ZFn-諧波器n次諧波阻抗，IFN-濾波器通過的n次諧波電流，ZSn-系統(tǒng)n次諧波阻抗，Isn-注入系統(tǒng)的n次諧波電流。

系統(tǒng)諧波電壓為

由上式可知，當(dāng)濾波器為理想濾波器，即ZFn=0時(shí)，進(jìn)入系統(tǒng)的n次諧波電流和對系統(tǒng)造成的諧波電壓為0.但實(shí)際上，即使調(diào)諧濾波器也做不到理想調(diào)諧，并且對單調(diào)諧而言，通常ZFn對n次諧波表現(xiàn)為一定量的感性，故實(shí)際濾波效果取決于系統(tǒng)阻抗情況。一般有；1）若n次諧波下，ZSn為感性，則能取得好的濾波效果。減小Usn的效果取決于系統(tǒng)阻抗與濾波器阻抗的并聯(lián)效果。2）若n次諧波下，ZSn為容性時(shí)會造成n次諧波的放大，這時(shí)應(yīng)取消n次及以上的調(diào)諧濾波，但是可以考慮采用阻尼濾波方式。LC濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是應(yīng)用廣泛的被動諧波治理方法。但是它在實(shí)際使用時(shí)仍然存在一些未能解決的固有問題，如諧振頻率主要取決于元件參數(shù)，當(dāng)元件參數(shù)變化時(shí)，無源電力濾波器的諧振頻率將偏離目標(biāo)頻率，導(dǎo)致濾波效果變差等，請參見教材P73~74。4.3.2靜止無功補(bǔ)償器

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對無功功率進(jìn)行快速動態(tài)補(bǔ)償?shù)男枨笤絹碓酱?。傳統(tǒng)的無功功率動態(tài)補(bǔ)償裝置是同步調(diào)相機(jī)Synchronous

Condenser，縮寫為SC）。它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī)，在過激磁或欠激磁的不同情況下，可以分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。自二、三十年代以來的幾十年中，同步調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)無功功率控制中一度發(fā)揮著主要作用。然而，由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，因此損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，在很多情況下已無法適應(yīng)快速無功功率控制的要求。所以七十年代以來，同步調(diào)相機(jī)開始逐漸被靜止型無功補(bǔ)償裝置（StaticVar

Compensator，縮寫為SVC）所取代，目前有些國家甚至已不再使用同步調(diào)相機(jī)。

靜止無功補(bǔ)償器是一種利用電容器和電抗器組成的無功補(bǔ)償裝置，能夠根據(jù)需要提供變化的容性和感性無功。SVC具有快速調(diào)節(jié)無功的特點(diǎn)，廣泛適用于一切沖擊負(fù)荷用戶和要求快速進(jìn)行無功功率動態(tài)補(bǔ)償?shù)膱龊?。目前SVC技術(shù)已經(jīng)成熟，采用晶閘管控制代替斷路器（或其它有觸點(diǎn)開關(guān)），能夠平滑控制動態(tài)無功功率，跟蹤補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功負(fù)荷，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其連接的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。SVC功能包括：

1）減少母線電壓波動，穩(wěn)定母線電壓，包括校正由負(fù)荷變化造成的電壓緩慢變化和由事故引起的電壓突變；減少沖擊負(fù)荷造成的電壓波動和閃變。2）提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。降低各種情況下過電壓水平，抑制系統(tǒng)振蕩。3）改善所連接系統(tǒng)的三相不平衡狀況，前提是SVC必須單相控制。4）降低輸電線路損耗，提高輸電線路的輸送能力。5）改善功率因數(shù)，效果取決于SVC對無功功率的跟蹤能力和補(bǔ)償能力。早期的靜止無功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器（Saturated

Reactor縮寫為SR）型的。1967年，英國GEC公司制成了世界上第一批飽和電抗器型靜止無功補(bǔ)償裝置。此后，各國廠家紛紛推出各自的產(chǎn)品。飽和電抗器與同步調(diào)相機(jī)相比，具有靜止型的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快；但是由于其鐵芯需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)荷的不平衡，所以未能占據(jù)靜止無功補(bǔ)償裝置的主流。電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將使用晶閘管器件的靜止無功補(bǔ)償裝置推上了電力系統(tǒng)無功功率控制的舞臺。1977年美國GE公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中演示運(yùn)行了使用晶閘管的靜補(bǔ)裝置。1978年，在美國電力研究院的支持下，西屋電氣公司制造的使用晶閘管的靜補(bǔ)裝置投入實(shí)際運(yùn)行。隨后，世界各大電氣公司都競相推出了各具特點(diǎn)的系列產(chǎn)品。我國也先后引進(jìn)了數(shù)套這類裝置。西安電力機(jī)械制造公司已具備自行設(shè)計(jì)制造這類裝置的能力，自八十年代末以來，已先后承接了十多個(gè)此類工程，并向泰國出口。由于使用晶閘管器件的靜止無功補(bǔ)償裝置具有優(yōu)良的性能，所以，近十多年來，在世界范圍內(nèi)其市場一直在迅速而穩(wěn)定地增長，已占據(jù)了靜止無功補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位。因此靜止無功補(bǔ)償裝置（或SVC）這個(gè)詞往往是專指使用晶閘管器件的靜補(bǔ)裝置，包括晶閘管控制電抗器（縮寫為TCR）和晶閘管投切電容器（縮寫為TSC），以及這兩者的混合裝置（TCR+TSC），或者晶閘管控制電抗器與固定電容器（Fixed

Capacitor，縮寫為FC）或機(jī)械投切電容器（縮寫為MSC）混合使用的裝置（如TCR+FC、TCR+MSC等）。

隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，八十年代以來，一種更為先進(jìn)的靜止型無功功率補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電路的靜止無功功率補(bǔ)償裝置（靜止無功發(fā)生器SVG）。SVC投切元件主要分為兩種：傳統(tǒng)的有觸點(diǎn)開關(guān)，如斷路器等；有源器件，如晶閘管等。由于使用晶閘管的SVC具有優(yōu)良的性能，而且晶閘管制造工藝日趨成熟，因此晶閘管控制的SVC獲得廣泛應(yīng)用。SVC的基本無功元件是并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器，其中至少有一類元件能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)，即能夠根據(jù)補(bǔ)償?shù)囊罂焖僮兓療o功出力。采用不同類型或控制方式的并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器可以組合成多種SVC。

并聯(lián)電抗器主要包括直流勵(lì)磁飽和電抗器（DCMSR，最早使用的電抗器，由于其響應(yīng)時(shí)間和性價(jià)比方面的不足，目前已基本被淘汰）、自飽和電抗器（SR）、晶閘管相控電抗器（TCR）。并聯(lián)電容器主要包括固定電容器（FC）和晶閘管相控電容器（TCR）。上述各類電抗器和電容器可構(gòu)成多種類型的SVC。1.SR+FC型SVCSR是一種較早形式的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。SR+FC型SVC通常由一臺飽和電抗器和一組并聯(lián)電容器組成，其典型電路如圖4-8所示

，圖中Cp為固定電容器，是一個(gè)基波無功電源，主要作用是提高功率因數(shù)，同時(shí)與Lp配合還兼有濾波作用。Ls是自飽和電抗器，Cs稱為斜率校正電容器，用以校正自飽和電抗器伏安特性的斜率。與Cs并聯(lián)的回路可以稱為振蕩阻尼及過電壓保護(hù)回路，主要目的是為了保護(hù)Cs，實(shí)際上也對Ls起到過負(fù)荷保護(hù)作用，它主要包括阻尼電阻R和限流電抗器L。

由飽和電抗器和串聯(lián)電容器（或稱斜率校正電容器）組成的回路具有穩(wěn)壓特性，故能維持母線的電壓水平。其伏安特性如圖4-9所示。

為了適應(yīng)電網(wǎng)電壓緩慢波動，自飽和電抗器一般應(yīng)和有載調(diào)壓變壓器配合使用，以防電抗器長期過載或者欠載過多。此外，自飽和電抗器是一個(gè)諧波源。為了消除諧波，自飽和電抗器一般采用具有相繞組的多鐵心電抗器，它的相繞組的排列可以抵消主要的諧波成分，這種電抗器分兩類，六柱式和九柱式。九柱式自飽和電抗器是SVC中最常用的一種自飽和電抗器。

這種SVC的優(yōu)缺點(diǎn)請參看教材P76.2.TCR+FC型SVCTCR+FC型SVC的主要包括兩部分；晶閘管相控電抗器和固定電容器組，裝置原理圖如圖4-10a所示。

用于高壓或超高壓電力系統(tǒng)時(shí)，需要采用降壓變壓器，如圖4-10a所示。晶閘管相控電抗器是由電抗器與兩只反并聯(lián)的晶閘管組成，這兩只晶閘管在工頻電壓的正負(fù)半周輪流觸發(fā)導(dǎo)通以控制電抗器電流。當(dāng)改變晶閘管的觸發(fā)延遲角時(shí)，電抗器中流過的電流同時(shí)發(fā)生變化，相當(dāng)于改變電抗器的感抗。固定電容器組的主要作用是提供基波容性無功功率，同時(shí)串聯(lián)一定比例電抗器，可兼作濾波器使用，以濾除部分晶閘管相控電抗器產(chǎn)生的諧波。晶閘管控制電抗器（TCR

）

◆晶閘管交流調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載的一個(gè)典型應(yīng)用，下圖表示TCR的典型電路，可以看出是支路控制三角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路。

◆通過對

角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)電路從電網(wǎng)中吸收的無功功率，如配以固定電容器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。

晶閘管控制電抗器(TCR)電路電抗器中所含電阻很小，可以近似看成純電感負(fù)載，因此

的移相范圍為90°~180°。

TCT+FC是TCR+FC的一種變形，稱為相控變壓器，如圖4-10b所示。即將降壓變壓器與電抗器合二為一，增大變壓器漏抗，不另設(shè)電抗器。固定電容器直接接入電力系統(tǒng)。當(dāng)它用在高壓電網(wǎng)，TCT既可接成星形-三角形，也可以接成三角形-星形，而在超高壓電網(wǎng)中，只中性點(diǎn)接地的接成星形-三角形。高阻抗變壓器在制造中需要解決以下問題：1）漏磁屏蔽；2）功率損耗；3）直流偏磁。TCR主要依靠改變晶閘管的觸發(fā)延遲角和導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。

作為其特性左邊界的斜線，就是晶閘管導(dǎo)通角為零，而僅有固定電容器并聯(lián)在母線上時(shí)電容器的伏安特性；而作為右邊界的斜線段，就是晶閘管完全導(dǎo)通，其串聯(lián)電抗器直接接在母線上，并與并聯(lián)電容器并聯(lián)產(chǎn)生的總等效阻抗的伏安特性，而它所對應(yīng)的無功功率是電容器與電抗器無功功率對消后的凈無功功率。因此，當(dāng)要求這種補(bǔ)償器的補(bǔ)償范圍能延伸到容性和感性無功兩個(gè)領(lǐng)域時(shí)，電抗器的容量必須大于電容器的容量。TCR方案的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以補(bǔ)償系統(tǒng)中三相不平衡，而且對補(bǔ)償調(diào)

整的響應(yīng)速度快；缺點(diǎn)：TCR本身會產(chǎn)生諧波。當(dāng)TCR與FC一起使用時(shí)，在設(shè)備處于零無功功率輸出情況下，F(xiàn)C

的容性電流與TCR的感性電流大小相等，這

時(shí)流過FC和TCR中的電流使損耗達(dá)到最大。

若設(shè)備長期處于這種工作狀況（如輸電系統(tǒng)

中），產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失較大。3.TSC型SVC

晶閘管投切電容器TSC是一種性能優(yōu)良的無功補(bǔ)償方式。

圖4-13表示TSC型SVC的原理電路，它由降壓變壓器、電容器組（分成若干小組）、晶閘管閥（同樣分成若干小組）和調(diào)節(jié)器等四部分組成。

根據(jù)負(fù)載感性無功功率的變化，切除或投入電容器時(shí)，晶閘管閥只作為投切電容器的開關(guān)，而不像TCR型晶閘管閥起相控作用。在實(shí)際系統(tǒng)中，每個(gè)電容器組要串聯(lián)一個(gè)阻尼電抗器，以降低晶閘管可能產(chǎn)生的電流沖擊和避免與系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

下圖是TSC的基本原理圖，可以看出TSC的基本原理實(shí)際上就是用交流電力電子開關(guān)來投如或者切除電容器，兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管起著把電容C并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，串聯(lián)的電感很小，只是用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的沖擊電流；在實(shí)際工程中，為避免容量較大的電容器組同時(shí)投入或切斷會對電網(wǎng)造成較大的沖擊，一般把電容器分成幾組，根據(jù)電網(wǎng)對無功的需求而改變投入電容器的容量，TSC實(shí)際上成為斷續(xù)可調(diào)的動態(tài)無功功率補(bǔ)償器。

TSC基本原理圖a)基本單元單相簡圖b)分組投切單相簡圖

優(yōu)點(diǎn)：不會產(chǎn)生諧波；

缺點(diǎn)：無功功率補(bǔ)償是階躍式的；響應(yīng)速度慢。4.TCR+TSC型SVC

利用TCR方案和TSC方案的優(yōu)點(diǎn)，避免獨(dú)立使用時(shí)的缺點(diǎn)，從而達(dá)到較好的補(bǔ)償效果。

基本工作原理：調(diào)節(jié)器首先根據(jù)電力系統(tǒng)電壓和電流計(jì)算出需要的無功補(bǔ)償值，根據(jù)TSC分組情況確定需要投入電容器的組數(shù)，一般為過補(bǔ)償，然后通過TCR發(fā)出感性無功抵消過補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功，以達(dá)到補(bǔ)償目標(biāo)。TCR+TSC系統(tǒng)中TSC的分組數(shù)目通常根據(jù)補(bǔ)償目標(biāo)、總?cè)萘亢瓦x用的晶閘管閥參數(shù)確定，每組電容器支路均由獨(dú)立的晶閘管閥控制。

在TCR+TSC系統(tǒng)中

，TCR支路一般僅有一個(gè)，容量通常與單組TSC容量相差不多；電容器組的容量分段要使電抗器組既處于正?？刂品秶鷥?nèi)，又能滿足分段的細(xì)調(diào)。為了使分段切換不中斷，電抗器組的容量要稍大于一個(gè)電容器的容量，以使“投入”和“切除”無功功率值之間有一點(diǎn)重疊。圖中特性0-(1)-(1’)、0-(2)-(2’)、0-(3)-(3’)和0-(4)-(4’)分別是混合型SVC的TCR并聯(lián)一組、兩組、三組和四組電容器時(shí)的電壓—電流特性，而所組成的混合型補(bǔ)償器是在電容器組切換時(shí)與TCR的控制適當(dāng)配合，形成總的電壓—電流特性0-(4)-(1’)。

混合型SVC的電壓-電流特性TCR+TSC系統(tǒng)具有無功輸出可在容性和感性范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在零（或很低）無功輸出時(shí)的損耗可忽略不計(jì)，在電力系統(tǒng)大擾動期間或擾動過后，因其電容器和電抗器可分別切除和投入，可使瞬變過電壓限制到最低。4.3.3有源電力濾波器■抑制諧波有兩條基本思路，一是裝設(shè)補(bǔ)償裝置，設(shè)法補(bǔ)償其產(chǎn)生的諧波；另一條就是對電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)，使其不產(chǎn)生諧波，同時(shí)還不消耗無功功率，或者根據(jù)需要能對其功率因數(shù)進(jìn)行控制，即采用高功率因數(shù)變流器?！鲇性措娏V波器（ActivePowerFilter——APF）

◆有源電力濾波器的思想最早提出于上世紀(jì)60年代末，1976年確立了有源電力濾波器的完整概念和主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，上世紀(jì)80年代以來，由于新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，PWM逆變技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。它已被公認(rèn)是治理電源畸變、消除諧波污染等最有效的方法之一。

有源電力濾波器原理圖

APF主要由諧波電流檢測電路、控制電路和主電路構(gòu)成，其中主電路由PWM靜止功率變流器（逆變器）構(gòu)成。

電力系統(tǒng)諧波抑制

有源電力濾波器的基本原理和典型電流波形

有源電力濾波器的變流電路◆有源電力濾波器的基本原理

?如右上圖所示，有源電力濾波器檢測出負(fù)載電流iL中的諧波電流iLh，根據(jù)檢測結(jié)果產(chǎn)生與iLh大小相等而方向相反的補(bǔ)償電流iC，從而使流入電網(wǎng)的電流iS只含有基波分量

iLf。◆與LC無源濾波器相比，有源濾波能對變化的諧波進(jìn)行迅速的動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)頻率和阻抗的影響?！粲性措娏V波器的變流電路可分為電壓型和電流型，目前實(shí)用的裝置大都是電壓型；從與補(bǔ)償對象的連接方式來看，有源電力濾波器又可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型。?串聯(lián)型APF通過變壓器連在電源和負(fù)載間，相當(dāng)于一個(gè)受控電壓源，既可補(bǔ)償電流，也可消除電壓畸變。

并聯(lián)型1.串聯(lián)型APF

串聯(lián)型APF基本原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。APF變現(xiàn)為一個(gè)受控電壓源。這種方式的APF可以利用諧波對消原理，消除負(fù)載產(chǎn)生的諧波電壓，維持供電點(diǎn)的電壓波形和電源電流波形為正弦波。串聯(lián)型APF對電壓源型的諧波源有很好的補(bǔ)償效果。串聯(lián)型APR的主要不足1）與并聯(lián)型相比損耗較大。2）控制復(fù)雜。與并聯(lián)型相比，串聯(lián)型APF的投切、故障后的退出及各種保護(hù)也比較復(fù)雜。3）通常用于交流系統(tǒng)。若在直流系統(tǒng)中采用，變壓器的系統(tǒng)接入側(cè)易出現(xiàn)直流磁飽和問題。2.并聯(lián)型APF

并聯(lián)型APF基本原理結(jié)構(gòu)如下圖。負(fù)載為諧波源，APF的主電路包括逆變器、連接電抗和支流側(cè)儲能元件。另外還設(shè)置了與APF并聯(lián)·的高通濾波器，主要作用是濾除APF產(chǎn)生的開關(guān)頻率附近的諧波。并聯(lián)型APF表現(xiàn)為一個(gè)受控電流源。當(dāng)需要補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流時(shí)，APF的諧波檢測電路檢測出的負(fù)載瞬時(shí)電流，指令運(yùn)算電路計(jì)算其諧波分量，將其極型反向后作為補(bǔ)償電流指令信號，由補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流，與負(fù)載瞬時(shí)電流中的諧波分量抵消，達(dá)到消除諧波的目的。

圖4-17表示諧波電流的APF補(bǔ)償原理，它使負(fù)載電流iL補(bǔ)償成純正弦的電源電流is。并聯(lián)型APF的特點(diǎn)（與串聯(lián)型APF相比

）

(1)通過耦合變壓器接入系統(tǒng)，不會對系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。(2)投切方便靈活，保護(hù)措施簡單。(3)為了達(dá)到補(bǔ)償諧波目標(biāo)所需要的裝置容量較大，工程實(shí)現(xiàn)中存在一些問題，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率損耗高等。3.混合型APF

將PPF與APF組合在一起而構(gòu)成的混合型電力濾波器（HPFS）是近年來發(fā)展起來的一種經(jīng)濟(jì)、安全可靠、實(shí)用的諧波補(bǔ)償技術(shù)。HPFS一般由三部分組成：1）PPF，用于對動態(tài)負(fù)載引起的低次諧波和基波無功功率以及高次諧波進(jìn)行補(bǔ)償。2）并聯(lián)或串聯(lián)型APF，用于補(bǔ)償負(fù)載和SVC產(chǎn)生的高次諧波電流。3）多級控制系統(tǒng)，用于控制HPFS，使各方面性能達(dá)到最優(yōu)。

在HPFS中，諧波工作主要由PPF承擔(dān)，APF的主要作用是改善PPF的濾波效果，并抑制串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。將PPF和APF組合使用，合理分擔(dān)補(bǔ)償需求，既能減少APF的容量，又能彌補(bǔ)PPF和APF各自的不足，可以提高整個(gè)諧波系統(tǒng)的性能。尤其是在治理大容量諧波源工程中，能夠充分發(fā)揮PPF高耐壓、大容量、實(shí)現(xiàn)容易等特點(diǎn)，以及APF所具有的寬諧波抑制范圍和自動跟蹤等優(yōu)勢，通過PPF和APF結(jié)構(gòu)、容量的優(yōu)化設(shè)計(jì)及現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)理想濾波效果。

根據(jù)APF與系統(tǒng)的連接方式，混合型APF可以分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。其中根據(jù)PPF和APF的連接方式，并聯(lián)混合PPF又可以分為并行接法和串行接法兩種。下面簡介這三種混合型APF的結(jié)構(gòu)和基本原理。(1)串聯(lián)混合型

這種方案由F.Z.Peng于1988年提出，結(jié)合了PPF和APF的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的濾波性能。串聯(lián)混合型APF結(jié)構(gòu)如圖4-18所示。

串聯(lián)混合型APF結(jié)構(gòu)

串聯(lián)混合型APF由串聯(lián)APF和PPF組成。PPF通常由多組單調(diào)諧濾波器和一個(gè)高通濾波器組成。串聯(lián)APF相當(dāng)于一個(gè)電流控制電壓源，產(chǎn)生與電網(wǎng)支路中諧波電流成正比的諧波電壓，它將迫使負(fù)載的諧波電流流入無源濾波器，同時(shí)也阻止電源的諧波電流串入負(fù)載側(cè)。APF對于工頻呈現(xiàn)極低的阻抗。APF在補(bǔ)償?shù)闹C波電流頻率上可以等效為一個(gè)電阻，阻值為輸出電壓與諧波電流的比值，當(dāng)APF的諧波等效阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)諧波阻抗和PPF阻抗時(shí)，負(fù)載諧波電流被強(qiáng)制流入PPF，線路上僅余很小的諧波電壓和電流。這種情況比較符合高次諧波情況。對于低次諧波，串聯(lián)APF的等效阻抗往往不能達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)諧波阻抗和PPF阻抗的效果，因此濾波效果不如高次諧波。當(dāng)負(fù)載諧波電流中存在PPF不能消除的諧波電流時(shí)，由于APF強(qiáng)制這部分諧波電流流入PPF，這將在PPF的入端產(chǎn)生較高的諧波電壓。串聯(lián)混合PPF的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

并聯(lián)PPF的容量較大，而串聯(lián)APF的容量較小。最大特點(diǎn)：

可以減低系統(tǒng)對APF的容量要求，不能減低系統(tǒng)電壓等級對APF的要求，APF本質(zhì)上仍相當(dāng)于純串聯(lián)型，因此耦合變壓器要流過所有頻率的負(fù)載電流，這對于耦合變壓器的容量有較高要求。

串聯(lián)APF能將負(fù)載產(chǎn)生的諧波與系統(tǒng)背景諧波隔離，因此，在設(shè)計(jì)PPF時(shí)，不考慮系統(tǒng)阻抗的影響成為可能。

缺點(diǎn)：---當(dāng)諧波頻率較低時(shí)，要滿足APF阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)阻抗和PPF阻抗的條件是困難的；---絕緣較困難，維修不方便。（2）并聯(lián)混合型APF（并行接法）

由TakedaM于1987年提出。并行接法的并聯(lián)混合型APF結(jié)構(gòu)如圖4-19所示。

并行接法的并聯(lián)混合型APF由并聯(lián)的APF和并聯(lián)的PPF組成。APF和PPF共同承擔(dān)補(bǔ)償諧波的任務(wù)。PPF包含多組單調(diào)諧濾波器和高通濾波器。承擔(dān)無功功率補(bǔ)償和抑制絕大多數(shù)諧波電流的任務(wù)。APF的作用是改善諧波性能，因此APF的容量與單獨(dú)使用時(shí)相比較小。另外，PPF還可以消除APF因逆變器主電路中器件的通斷而引起的諧波。并行接法的并聯(lián)混合型APF補(bǔ)償原理

如圖4-20所示。

在APF與PPF之間以及電網(wǎng)與APF之間存在諧波通道，可能使APF注入電網(wǎng)的諧波又流入PPF及系統(tǒng)中。同時(shí)，APF仍承受全部基波電壓，開關(guān)器件的耐壓等級沒有降低。（3）并聯(lián)混合型APF（串行接法）

由FujitH等人在1990年提出。串行接法的并聯(lián)混合型APF結(jié)構(gòu)如圖4-21所示。

在圖4-21中，APF通過補(bǔ)償變壓器與PPF串聯(lián)，然后與負(fù)載并聯(lián)接入系統(tǒng)。串聯(lián)APF相當(dāng)于一個(gè)電流控制電壓源，產(chǎn)生與電網(wǎng)支路中諧波電流成比例的電壓。

這種方案中，諧波和無功功率補(bǔ)償任務(wù)主要由PPF承擔(dān)，APF的主要任務(wù)是抑制PPF與系統(tǒng)之間可能發(fā)生的并聯(lián)諧振，改善PPT的諧波補(bǔ)償效果。由于APF中的逆變器承受的工頻電壓很小，因此以較小裝置容量即可達(dá)到補(bǔ)償目標(biāo)。另外，注入變壓器連接在Y聯(lián)結(jié)的PPF的中性點(diǎn)上，方便保護(hù)和隔離，因此該聯(lián)結(jié)方式更適合于高電壓補(bǔ)償系統(tǒng)的應(yīng)用。

以上是由PPF和APF構(gòu)成的三種基本類型的混合型，這種由APF和PPF構(gòu)成的混合系統(tǒng)，通過合理分擔(dān)補(bǔ)償需求，既可以克服PPf存在的不足，又能減小APF的安裝容量。4.注入型APF（略）

為了使單獨(dú)使用的APF上承受的基波電壓移去，使有源濾波裝置只承受諧波電壓，從而顯著降低有源裝置的容量，可以選擇LC串聯(lián)或并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)作為注入電路。

串聯(lián)諧振注入型并聯(lián)諧振注入型

4.3.4動態(tài)電壓恢復(fù)器

動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）是一種采用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電壓源型電壓補(bǔ)償裝置，串聯(lián)在系統(tǒng)與敏感負(fù)荷之間。其主要的補(bǔ)償對象是電壓暫降。當(dāng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，DVR能夠在很短的時(shí)間（幾毫秒）內(nèi)將故障電壓恢復(fù)到正常值。此外DVR還能解決諧波、閃變和三相不對稱等多種電壓質(zhì)量問題。

由于DVR完成電壓暫降補(bǔ)償功能所需要的容量通常為負(fù)荷容量的30%~50%，相對于其他解決方法成本大大降低，因此成為抑制電壓暫降的最有效的補(bǔ)償裝置，在國內(nèi)外得到廣泛重視。DVR的優(yōu)點(diǎn)1）對大型沖擊負(fù)荷引起的電壓波動進(jìn)行補(bǔ)償；2）減少因電壓問題引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題造成的經(jīng)濟(jì)損失；3）可以用于抑制負(fù)荷側(cè)故障引起的過電流；4）可以用于消除配電系統(tǒng)的電壓諧波。

DVR的主電路一般由直流儲能單元、PWM變流電路、LC濾波器和耦合變壓器組成。DVR的主電路如圖4-22所示。下圖也表示一個(gè)典型的DVR結(jié)構(gòu)。DVR基本工作原理

由檢測電路測量出電力系統(tǒng)中需要補(bǔ)償?shù)幕冸妷汉碗娏餍盘?，控制器根?jù)畸變電壓和電流信號和設(shè)定的控制策略產(chǎn)生補(bǔ)償信號，補(bǔ)償信號控制PWM電路產(chǎn)生PWM信號并加至PWM變流器的驅(qū)動電路，LC濾波器對PWM變流器產(chǎn)生的波形進(jìn)行濾波，從而在串聯(lián)變壓器上產(chǎn)生所需要的補(bǔ)償電壓來抵消電力系統(tǒng)中需要補(bǔ)償?shù)幕冸妷汉碗娏鞣至浚蕴岣唠娏ο到y(tǒng)供電質(zhì)量。DVR與系統(tǒng)交換的無功功率由其內(nèi)部產(chǎn)生，不需要電感和電容等無源無功元件。對于沖擊負(fù)荷或系統(tǒng)故障引起的擾動，DVR通過直流側(cè)可充電電源向負(fù)載提供部分功率。在線路電壓正常時(shí)，DVR可以向直流電源充電。即使沒有儲能，DVR也可以像串聯(lián)接入的電感和電容器一樣向線路注入一個(gè)可控的電壓來補(bǔ)償因負(fù)載造成的波動。這一功能也可以用于抑制負(fù)載側(cè)故障引起的過電流。

下面簡介組成DVR的直流儲能單元、PWM變流器、LC濾波器、串聯(lián)變壓器這4個(gè)部分。1.直流儲能單元

當(dāng)電力系統(tǒng)電壓存在擾動和故障時(shí)，DVR必須有直流儲能單元向電力系統(tǒng)輸出功率，以維持電力系統(tǒng)電壓的正常波形。根據(jù)儲能元件的不同，直流儲能單元主要分為電容器儲能和蓄電池儲能兩種。電容器存儲的能量可通過兩種方式得到：

通過DVR中變流器：電容器工作時(shí)間的長短主要取決于電容器儲能量及電壓擾動或故障嚴(yán)重程度。

獨(dú)立不控整流橋：可以實(shí)現(xiàn)不間斷儲能過程，而且能夠降低對電容器容量的要求。但是電力系統(tǒng)電壓的波動將造成電容器電壓的波動，而且過低的電力系統(tǒng)電壓將影響DVR的整體性能。當(dāng)能量發(fā)生反向流動時(shí)，可能會造成直流母線電壓升高，損壞開關(guān)器件或儲能元件。

采用蓄電池作為直流儲能單元，能量雙向流動的問題將不再存在。

若與并聯(lián)APF共用直流電容，由APF為直流電容充電，能夠形成優(yōu)勢互補(bǔ)，是一種較為理想的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能均與統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）類似。2.PWM變流器

PWM變流器是DVR的核心器件，一般采用全控器件構(gòu)成，其主要作用是將直流電壓逆變成交流電壓以補(bǔ)償電力系統(tǒng)故障電壓。PWM變流器可以采用三相半橋式、三相全橋式和三單相全橋式（三相可分相控制，各相輸出的補(bǔ)償電壓之間完全獨(dú)立，對各相線路補(bǔ)償能達(dá)到最好效果，而且控制相對簡單）等結(jié)構(gòu)，其優(yōu)缺點(diǎn)請參看教材P85~86。

為了滿足負(fù)荷對電壓質(zhì)量的要求，DVR裝置一般功率較大，在這種情況下，DVR裝置中功率器件的開關(guān)損耗問題必須得到重視。PWM變流器的控制方法

分開環(huán)和閉環(huán)兩種：開環(huán)控制：將系統(tǒng)電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果用于控制逆變器的輸出；閉環(huán)控制：通過對輸出電壓的直接控制來保證輸出電壓質(zhì)量。

一般采用閉環(huán)控制方法，同時(shí)兼顧裝置的暫態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。3.LC濾波器

由于PWM變流器輸出的電壓波形含有大量高次諧波，因此必須采用濾波裝置進(jìn)行處理才能得到需要的補(bǔ)償電壓波形。目前，濾波裝置主要采用LC濾波器。LC濾波器的設(shè)置有兩種方式：

第一種設(shè)置：在PWM變流器和串聯(lián)變壓器之間，其優(yōu)點(diǎn)是可以高效濾波，減少流入串聯(lián)變壓器的諧波成分，減低串聯(lián)變壓器的容量；缺點(diǎn)：補(bǔ)償電壓波形經(jīng)過LC濾波電路后幅值和相位發(fā)生一定變化，影響了對電力系統(tǒng)電壓的補(bǔ)償效果。第二種設(shè)置：與串聯(lián)變壓器并聯(lián)。其優(yōu)點(diǎn)：可采用串聯(lián)變壓器的漏阻抗作為LC濾波器的電抗器使用，從而降低裝置成本；不會對補(bǔ)償電壓波形產(chǎn)生影響。缺點(diǎn)：使PWM變流器輸出的大量高次諧波流經(jīng)串聯(lián)變壓器，增大串聯(lián)變壓器的容量4.串聯(lián)變壓器

串聯(lián)變壓器對DVR整體性能存在的影響有利有弊。

串聯(lián)變壓器對PWM變流器和電力系統(tǒng)進(jìn)行隔離，使直流系統(tǒng)可以直接從電力系統(tǒng)獲取能量。可以減低PWM變流器的電壓等級，在高可靠性前提下實(shí)現(xiàn)裝置的高性能。

增加DVR整體成本；串聯(lián)變壓器需要承受PWM變流器產(chǎn)生的高次諧波；漏抗會增加濾波環(huán)節(jié)的相移，影響控制準(zhǔn)確度，給設(shè)計(jì)帶來困難。DVR的不足主要是由于DVR串聯(lián)接入系統(tǒng)和負(fù)荷之間，可能會由于其故障造成敏感負(fù)荷供電中斷，另外系統(tǒng)故障也可能引起DVR損壞。4.3.5統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）也是用戶電力技術(shù)的一種產(chǎn)品，其主要作用是解決系統(tǒng)和用戶的電能質(zhì)量問題。由于UPQC的主電路結(jié)構(gòu)可以分成串聯(lián)型APF和并聯(lián)型APF兩個(gè)主要組成部分，共用直流環(huán)節(jié)，因此目前有國內(nèi)外文獻(xiàn)將UPQC稱為串／并聯(lián)混合型APF。UPQC功能十分強(qiáng)大，主要包括快速補(bǔ)償供電電壓的突變、電壓波動和閃變、諧波電流和諧波電壓、各相電壓的不平衡以及故障時(shí)的短時(shí)電壓中斷等，除了可以覆蓋APF的所有功能外，還可以實(shí)現(xiàn)DVR的部分功能，是一種具有綜合功能的電能質(zhì)量控制器。主要應(yīng)用場所

用于為大型工業(yè)用戶之間供電的配電系統(tǒng)中，通

常容量較大；用于對電能質(zhì)量要求較高的敏感用戶，通常設(shè)備容量較小。

這兩種情況下的UPQC的功能完全一致，即解決諧波、電壓偏差和三相不平衡等電能質(zhì)量問題。UPQC通常由一對串／并聯(lián)型APF構(gòu)成，共用一個(gè)直流儲能環(huán)節(jié)。

UPQC基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖UPQC的基本原理

由檢測電路測量出需要補(bǔ)償?shù)碾妷汉碗娏餍盘?，控制器根?jù)測量的電壓和電流信號和控制策略計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)碾妷汉碗娏?，通過控制電路產(chǎn)生補(bǔ)償信號，并進(jìn)一步加工成PWM信號輸入逆變器的驅(qū)動電路，由驅(qū)動電路控制PWM逆變器的功率器件的開斷，經(jīng)濾波器濾除高次諧波后即產(chǎn)生所需要補(bǔ)償?shù)碾妷汉碗娏餍盘?，補(bǔ)償電力系統(tǒng)中畸變的電壓和電流，提高電力系統(tǒng)電能質(zhì)量。

工作時(shí)，并聯(lián)型APF接于負(fù)荷側(cè)，主要用于吸收諧波電流、補(bǔ)償無功和負(fù)序電流分量，同時(shí)維持兩個(gè)APF之間的直流電壓恒定；串聯(lián)型APF接于系統(tǒng)側(cè)，在系統(tǒng)和負(fù)荷之間對諧波起隔離作用，并能夠防止諧振的發(fā)生。主要特點(diǎn)和功能

1）補(bǔ)償系統(tǒng)供電電壓出現(xiàn)的暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)變化，維持負(fù)載電壓為標(biāo)稱值；2）補(bǔ)償非線性負(fù)載的諧波電流，保證供電系統(tǒng)電流的質(zhì)量；3）補(bǔ)償負(fù)載所需要的無功，對供電系統(tǒng)來說負(fù)載的電壓和電流保持同相，功率因數(shù)接近1；4）并聯(lián)型APF提供UPQC正常工作所需要的能量，無需額外整流／儲能單元，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生額外干擾。UPQC對電能質(zhì)量的補(bǔ)償是基于對接入點(diǎn)的電壓和電流檢測進(jìn)行的，因此檢測信號的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性對UPQC的補(bǔ)償效果會產(chǎn)生明顯的影響。目前，UPQC的檢測電路一般采用三相電路瞬時(shí)無功功率的檢測方法。與以前的檢測方法相比，基于瞬時(shí)無功功率理論方法最大特點(diǎn)是可以完全無延時(shí)得出檢測結(jié)果，具有較好的實(shí)時(shí)性。UPQC的檢測方法分為兩種，分別通過計(jì)算p、q和

得出三相電路諧波和無功電流。通過計(jì)算p、q得出三相電路諧波和無功電流的檢測框圖如下。

該方法根據(jù)定義算出，再經(jīng)過低通濾波器得到的直流分量電網(wǎng)電壓波形無畸變時(shí)，由基波有功電流和電壓作用產(chǎn)生，由基波無功電流和電壓作用產(chǎn)生。由

和可以計(jì)算被檢測電流的基波分量，從被檢測電流中減去其基波分量即可以得到諧波分量。通過計(jì)算得出三相電路諧波和無功電流的檢測框圖如下。圖中

該方法需要與電力系統(tǒng)a相電壓相位的正弦信號和對應(yīng)的余弦信號。根據(jù)定義可以計(jì)算出，再經(jīng)LPF濾波可得出的直流分量?？梢宰鳛橛?jì)算被檢測電流的諧波分量的基礎(chǔ)。當(dāng)需要檢測諧波和無功電流之和時(shí)，需要將iq置零。如果只需要檢測無功電流，需要對iq反變換。4.4電能質(zhì)量控制裝置的控制方法4.4.1PID控制

PID（比例（proportion）、積分（integration）、微分（differentiation））控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有近百年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。

PID控制思路是按照閉環(huán)系統(tǒng)誤差信號的比例、積分、微分進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)PID控制的器件叫做PID控制器。PID控制器結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，在長期廣泛使用中已積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，所有被大量采用。其參數(shù)通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在線整定，以便得到滿意的控制效果。

常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖4-26所示。系統(tǒng)由PID控制器和被控對象組成。

PID控制器的控制規(guī)律如下：

（4-12）寫成傳遞函數(shù)為：

G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)

比例控制的實(shí)現(xiàn)極為簡單。比例控制能迅速反映誤差的變化，在調(diào)整的初期其重要作用。比例控制只能減小誤差但是不能最終消除誤差；比例系數(shù)加大可能會引起不穩(wěn)定。

積分控制的引入提高了系統(tǒng)的型別。在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時(shí)間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。積分器的累積使得它在控制的后期起主要作用，它可以大大減少甚至完全除去穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制準(zhǔn)確度。

若積分時(shí)間常數(shù)太小，積分作用太強(qiáng)會加大系統(tǒng)的超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩；增加積分時(shí)間常數(shù)將減緩消除靜態(tài)誤差的過程，但是可以減小超調(diào)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，積分時(shí)間常數(shù)必須根據(jù)被控制對象特性來選擇。

微分控制與誤差的變化率成正比關(guān)系，這是一種超前控制。它能預(yù)測誤差變化的趨勢。在較大誤差到來之前，微分控制器即可以提供一個(gè)校正量，來減少誤差增長。但是它的作用是短暫的。微分控制作用對于很慢的變化不敏感，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)它不起作用，也就是說微分控制器能改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，減少超調(diào)，克服振蕩使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。PID控制器的設(shè)計(jì)分兩步進(jìn)行：第一步，根據(jù)控制對象對系統(tǒng)的要求確定控制器的形式；第二步，參數(shù)整定。當(dāng)被控制對象的數(shù)學(xué)模型已知，而且比較準(zhǔn)確、階數(shù)不高時(shí)可以用解析法；另外，在工程實(shí)際中常采用工程整定法。PID控制器設(shè)計(jì)的根本任務(wù)是選擇適當(dāng)?shù)娜齻€(gè)參數(shù)Kp,K1和KD（Tp,T1和TD），有實(shí)驗(yàn)法和解析法兩類方法。1.試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

針對控制對象比較復(fù)雜而難以建立數(shù)學(xué)模型的情況，Ziegler和Nichols提出了一種在實(shí)驗(yàn)響應(yīng)基礎(chǔ)上的參數(shù)調(diào)整方法，該方法可簡稱為Z—N方法。其具體做法是；首先置Kp=KD=0，然后增大比例系數(shù)直至系統(tǒng)開始振蕩（即閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)在jω軸上），而其他參數(shù)按式（4-14）計(jì)算。Z—N方法是一種經(jīng)驗(yàn)方法，在設(shè)計(jì)過程中沒有考慮任何特性要求，但大量的實(shí)踐證明這時(shí)一種好方法。

2.解析設(shè)計(jì)方法

如果被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以求得，則可采用解析的方法，根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差等系統(tǒng)特性來確定PID控制器的參數(shù)。

PID控制作為經(jīng)典控制方法在電能質(zhì)量控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，包括有源電力濾波器（APF）、動態(tài)不間斷電源(DUPS)、電壓調(diào)節(jié)器、SVPWM三相逆變器控制器、功率因數(shù)校正系統(tǒng)(PFC)等。

基于PID控制基本原理的其他控制方法也得到了關(guān)注和發(fā)展。

一種新型PID控制器在有源電力濾波器中的應(yīng)用

4.4.2滯環(huán)比較控制滯環(huán)控制是目前應(yīng)用比較廣泛的控制方法之一，其控制的基本原理是把希望輸出信號作為指令信號，把實(shí)際輸出信號波形作為反饋信號，通過兩者的比較來決定系統(tǒng)的下一步運(yùn)行狀態(tài)，使實(shí)際輸出信號跟蹤指令信號變化。

滯環(huán)控制方法中最關(guān)鍵的部分是滯環(huán)比較控制器，基本原理如圖4-27所示。

滯環(huán)比較器的輸入信號為指令信號與系統(tǒng)實(shí)際輸出信號的反饋信號之差，輸出信號為對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制信號，可以使系統(tǒng)輸出信號盡量等于指令信號。

滯環(huán)控制方式可以廣泛用于各種基于電力電子器件的系統(tǒng)控制中。輸入信號和輸出信號可以是電量（電壓和電流）和非電量。

目前電流滯環(huán)控制方法在電能質(zhì)量控制領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。電流滯環(huán)控制技術(shù)中滯環(huán)寬度的確定分為恒定和可調(diào)兩種方式。在滯環(huán)比較控制方式中，滯環(huán)寬度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，對補(bǔ)償目標(biāo)的跟隨性能具有明顯影響。滯環(huán)寬度較大時(shí)，器件開關(guān)頻率相對較低，但是跟隨誤差較大，輸出中的高次諧波含量較大。反之，當(dāng)滯環(huán)寬度較小時(shí)，裝置跟隨特性得到提高，但同時(shí)開關(guān)頻率相對較高，對開關(guān)器件性能的要求也隨之提高。4.4.3空間矢量控制

空間電壓矢量PWM法（SVPWM法）以三相電壓合成的空間電壓矢量為控制對象，根據(jù)控制要求自動選擇電壓矢量。所需電壓矢量由所在區(qū)實(shí)際存在的電壓矢量相互切換來合成，輸出正弦電壓PWM波形。SVPWM技術(shù)最初是應(yīng)用電動機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，后來擴(kuò)展成為一種在整流∕逆變領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的PWM控制方法。

如果拋開磁場定向控制中所包含的關(guān)于電機(jī)的物理概念，那么這種方法是一種在三相系統(tǒng)中進(jìn)行研究的方法，其實(shí)現(xiàn)方式和電機(jī)模型沒有本質(zhì)聯(lián)系。因此將其移植至三相逆變電路∕整流電路，其控制效果不會影響。它將三相系統(tǒng)的電壓統(tǒng)一考慮，并在兩相系統(tǒng)中進(jìn)行控制。這種控制方式稱為電壓空間矢量控制。它的特點(diǎn)在于對三相系統(tǒng)的統(tǒng)一表述和控制，以及對幅值和相位同時(shí)控制。電壓空間矢量控制的PWM產(chǎn)生方式稱為空間矢量調(diào)制。

電壓空間矢量是按照電壓所加在繞組的空間位置來定義的。設(shè)三相交流系統(tǒng)各相電壓為UA=Umcos(ωt)UB=Umcos(ωt-2π∕3)UC=Umcos(ωtt-4π∕3)(4-15)

假設(shè)單位方向矢量，則三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量可以表示為

（4-16）

式（4-15）中的三個(gè)相電壓瞬時(shí)值即為式（4-16）中以ω=2πf在空間旋轉(zhuǎn)的電壓矢量U=Ud+jUq在A、B、C相軸線上的投影表示。空間電壓矢量的大小為相電壓的基波幅值，以角速度ω=2πf逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)?？臻g電壓矢量與三相電壓的關(guān)系如圖4-28所示。

空間矢量的定義圖標(biāo)準(zhǔn)正弦空間矢量軌跡

在任意瞬間，電壓空間矢量的相位角為ωt，因?yàn)閁d=Umcos(ωt)Uq=Umsin(ωt)(4-17)所以，

（4-18）即

又因?yàn)閁A+UB+UC=0,由式（4-19）可以得到

（4-20）

式（4-20）是三相A、B、C變量變成兩相d、q變量的變換式，而式（4-19）是兩相d、q變量變成三相A、B、C變量的變換式.當(dāng)逆變器采用二電平主電路時(shí)，引入A、B、C橋臂的開關(guān)變量Sa、Sb、Sc,

其定義請參見教材P93。于是橋臂輸出端電壓可以用橋臂的開關(guān)變量和電源電壓UDC的乘積表示。由于橋臂的開關(guān)變量僅有兩種狀態(tài)，因此三相逆變器共有8種開關(guān)狀態(tài)，如表4-1所示。

開關(guān)狀態(tài)及輸出電壓

（也可參看教材表4-1）

表4-1中，0和7狀態(tài)稱為零狀態(tài)，其他1~6種狀態(tài)為非零狀態(tài)。根據(jù)開關(guān)變量定義和二電平三相橋式逆變器主電路可以得到式（4-21），

同時(shí)考慮UAN+UBN+UCN=0

故有

（4-22）

當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為4、6、2、3、1、5時(shí)，由式（4-22）可以得到各相電壓的數(shù)值正好是三相正弦交流電在ωt=0°、60°、120°、180°、240°、300°時(shí)的瞬時(shí)值，因此三相逆變器處于上述6種開關(guān)狀態(tài)時(shí)6個(gè)電壓矢量，被稱為逆變器的開關(guān)狀態(tài)非零矢量，另外兩個(gè)零矢量狀態(tài)0和7稱為零電壓矢量。

為了利用逆變器功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，調(diào)節(jié)輸出電壓的大小及波形，可采用從逆變器的6個(gè)處于空間特定位置的開關(guān)狀態(tài)矢量中，選擇兩個(gè)相鄰的非零矢量和一個(gè)零矢量合成一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)空間矢量U（如下圖），調(diào)節(jié)U的大小和相位，來實(shí)現(xiàn)三相逆變器輸出電壓的調(diào)節(jié)，這種控制原理即為空間電壓矢量PWM控制。SVPWM法目前已在二電平變流器中獲得了廣泛應(yīng)用。但是隨著變流器電平數(shù)增多，矢量數(shù)目將增加很快，控制非常復(fù)雜。該特點(diǎn)影響了SVPWM法在多電平變流器的實(shí)際使用。4.4.4無差拍控制

無差拍控制思想由美國著名的控制理論專家卡爾曼于20世紀(jì)60年代提出，它是數(shù)字系統(tǒng)特有的一種控制方式。

無差拍控制的基本原理是:根據(jù)逆變系統(tǒng)（包括濾波器）的狀態(tài)方程和下一個(gè)采樣時(shí)刻的參考正弦波推算出下一采樣周期的開關(guān)時(shí)間，控制效果為在每一個(gè)采樣點(diǎn)上系統(tǒng)的輸出都與其指令完全一致，沒有任何相位滯后和幅值偏差，因此理論上輸出電壓波形能夠從第二個(gè)采樣周期起很好地跟蹤參考正弦波。

數(shù)字系統(tǒng)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)無差拍控制效果，是因?yàn)橄到y(tǒng)下一拍的輸出量總是可以表示為當(dāng)前時(shí)刻的輸入控制量與系統(tǒng)狀態(tài)變量的線性組合。

設(shè)連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程如下：(4-23)

式中X-系統(tǒng)狀態(tài)變量，V-輸入矢量，A,B-常系數(shù)矩陣。

若設(shè)T為滿足Shannon采樣定理的采樣時(shí)間間隔，則等值的離散化系統(tǒng)可以表示為X(k+1)=FX(k)+GV(k)(4-24)

對于PWM變流器，假設(shè)輸入矢量可以表示為V(k)=△T(k)U(4-25)式中△T(k)-第k次采樣時(shí)刻發(fā)出的脈寬控制量；U-直流側(cè)電壓。

若用給定參考狀態(tài)Xref代替X(k+1),則式（4-24）可以改寫為Xref=FX(k)+G△T(k)U(4-26)

從上式中可以求出脈寬控制量，并在第k次采樣間隔時(shí)間內(nèi)作用與PWM變流器，即在第k+1次采樣時(shí)刻跟蹤上參考狀態(tài)，使XK+1=Xref。

如果在第k次采樣時(shí)刻可以預(yù)測到第k+1次采樣時(shí)刻的參考狀態(tài)Xref（K+1），則采取以上算法后，在第K+1次采樣時(shí)刻的狀態(tài)恰好等于參考狀態(tài)，即系統(tǒng)的輸出在每一拍都與指令相等，這樣是無差拍控制效果。圖4-30給出無差拍控制的原理結(jié)構(gòu)圖。

要實(shí)現(xiàn)無差拍效果，必須事先知道下一拍的指令r（k+1）.無差拍控制的最主要特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，在基于微處理器實(shí)現(xiàn)的PWM控制方案可以得到明顯體現(xiàn)。無差拍控制可以大大提高PWM逆變器的動態(tài)響應(yīng)性能，而且對主要由非線性負(fù)載引起的逆變電源輸出電壓波形失真也具有較強(qiáng)的抑制能力。通常使用以下5種基于無差拍控制的PWM技術(shù)：以阻性負(fù)載為基礎(chǔ)的無差拍控制

假定負(fù)載為額定阻性負(fù)載，在每個(gè)采樣時(shí)刻測量一次阻性負(fù)載的電壓，通過它來計(jì)算下一次采樣時(shí)間的輸出電壓脈寬，從而使下一次采樣瞬時(shí)的輸出電壓值和參考電壓值一致。其缺點(diǎn)是負(fù)載發(fā)生變化時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差較大。以擾動觀測器為基礎(chǔ)的無差拍控制

把負(fù)載當(dāng)做階梯狀的電流源，采用擾動預(yù)測型觀測器來估算負(fù)載電流，引入到脈寬計(jì)算中去。根據(jù)電流傳感器接入系統(tǒng)的方式可以分為接在濾波電感和接在負(fù)載上兩種。

與阻性負(fù)載無差拍控制相比，該法由于在計(jì)算中引入負(fù)載電流，因此對負(fù)載的敏感性明顯下降，系統(tǒng)帶負(fù)載能力較強(qiáng)。3.以內(nèi)部模型原理為基礎(chǔ)的極點(diǎn)配置無差拍控制

該法與阻性負(fù)載無差拍控制采用同樣的模型，不同的是它含有二次補(bǔ)償器，控制規(guī)律通過Butterworth極點(diǎn)配置獲得。以內(nèi)部模型原理為基礎(chǔ)的控制對于二階參考模型可以獲得沒有穩(wěn)態(tài)誤差的正弦波輸出。

4.以數(shù)字PI調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)的無差拍控制與阻性負(fù)載無差拍控制相比，該法采用PI控制來調(diào)節(jié)電壓幅值，從而克服了前者在負(fù)載變化時(shí)輸出誤差大的缺點(diǎn)。該法先對每半周的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換，求出輸出電壓幅值與參考值比較，再從PI控制器的輸出求得正弦波參考值。

這種控制策略除了導(dǎo)出正弦波參考幅值以外，其余模型與阻性負(fù)載型無差拍控制基本相同。5.以參數(shù)辨識為基礎(chǔ)的無差拍控制

對負(fù)載性質(zhì)和大小的準(zhǔn)確區(qū)分是無差拍控制能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這種控制方法通過對輸出電壓和電流相位的比較來識別負(fù)載的性質(zhì)，然后對若干組電壓電流采樣數(shù)據(jù)根據(jù)電路方程進(jìn)行最小二乘法擬合解得等效負(fù)載參數(shù)。使用該法可使無差拍控制的效果得到充分發(fā)揮。

以上五種控制方法中受到關(guān)注和應(yīng)用最廣泛的是前兩種。無差拍控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)都十分明顯。

當(dāng)無差拍控制器參數(shù)與被控制系統(tǒng)完全吻合時(shí)，無差拍控制是一種狀態(tài)反饋控制。理想狀態(tài)下，輸出波形與參考波形在幅值和相位上完全一致，基本不會產(chǎn)生波形畸變。由于具有在一個(gè)采樣周期內(nèi)消除誤差的特性，因此控制效果非常明顯。

由于對被控對象的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確度要求很高，要求控制器參數(shù)完全與被控對象配合，這在實(shí)際應(yīng)用中不易達(dá)到，造成系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)的變化，破環(huán)系統(tǒng)控制無差拍的條件，從而大大降低系統(tǒng)輸出的質(zhì)量。當(dāng)數(shù)學(xué)模型與實(shí)際情況存在差異時(shí)，可能會造成輸出性能惡化甚至系統(tǒng)不穩(wěn)定，危害系統(tǒng)的安全運(yùn)行。4.4.5自適應(yīng)控制

在實(shí)際應(yīng)用中，很多被控制對象的模型都隨著時(shí)間的變化而變化，即使預(yù)先設(shè)定了與被控對象非常吻合的數(shù)學(xué)模型，但是當(dāng)被控對象的工作環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，其實(shí)際模型與預(yù)先設(shè)定的模型仍會產(chǎn)生較大差別。

為了使被控制對象的模型在發(fā)生較大變化時(shí)仍然能夠控制其工作在最優(yōu)工作點(diǎn)附近，人們提出自適應(yīng)控制。

在日常生活中，所謂“自適應(yīng)”是指生物能改變自己的習(xí)性以適應(yīng)新的環(huán)境的一種特征。因此，直觀地講，自適應(yīng)控制器應(yīng)當(dāng)是這樣一種控制器，它能修正自己的特性以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性的變化。自適應(yīng)控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機(jī)因素。

自適應(yīng)控制也是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，所不同的只是自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動的先驗(yàn)知識比較少，需要在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中去不斷提取有關(guān)模型的信息，使模型逐步完善。具體地說，自適應(yīng)控制方法在被控制對象運(yùn)行過程中，不斷對被控制對象的參數(shù)進(jìn)行測量，根據(jù)這些參數(shù)對系統(tǒng)的動態(tài)特性進(jìn)行辨識，與希望的動態(tài)特性進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果對自適應(yīng)控制的結(jié)構(gòu)或者參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以使被控制對象在最優(yōu)點(diǎn)附近。

例如，當(dāng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段，由于對象特性的初始信息比較缺乏，系統(tǒng)在剛開始投入運(yùn)行時(shí)可能性能不理想，但是只要經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，通過在線辯識和控制以后，控制系統(tǒng)逐漸適應(yīng)，最終將自身調(diào)整到一個(gè)滿意的工作狀態(tài)。再比如某些控制對象，其特性可能在運(yùn)行過程中要發(fā)生較大的變化，但通過在線辯識和改變控制器參數(shù)，系統(tǒng)也能逐漸適應(yīng)。

從本質(zhì)上來看，自適應(yīng)控制也是一種反饋控制，但是反饋的參數(shù)不僅僅是被控制對象的狀態(tài)變量或者輸出變量，而且還需要能夠反映被控制對象動態(tài)特性的其他參數(shù)，因此反饋過程比傳統(tǒng)反饋控制過程復(fù)雜得多。

自適應(yīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖4-31所示。圖中的可調(diào)系統(tǒng)可以理解為這樣一個(gè)系統(tǒng)，即它能夠用調(diào)整它的參數(shù)或者輸入信號的方法來調(diào)整系統(tǒng)特性。

性能指標(biāo)測量有多種方法：直接方法或者間接方法，例如通過系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的辨識來測量性能指標(biāo)是一種間接方法。

比較-判定是指在給定的性能指標(biāo)與測得的性能指標(biāo)之間做出比較，并判定所測得的性能指標(biāo)是否處于可接受性能指標(biāo)的集合內(nèi)。如果不是，自適應(yīng)機(jī)構(gòu)相應(yīng)動作，或者調(diào)整可調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)，或者調(diào)整可調(diào)系統(tǒng)的輸入信號，從而調(diào)整系統(tǒng)特性。

應(yīng)當(dāng)注意，在圖4-31中，性能指標(biāo)測量、比較-判定和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)三個(gè)基本結(jié)構(gòu)方塊的實(shí)施是非常復(fù)雜；在有些情況下，難以把一個(gè)自適應(yīng)系統(tǒng)按照基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解。

判斷一個(gè)系統(tǒng)是否真正具有“自適應(yīng)”的基本特征，關(guān)鍵看是否存在一個(gè)對性能指標(biāo)的閉環(huán)控制。

目前被廣泛接受的對自適應(yīng)的分類方法是將自適應(yīng)系統(tǒng)分為兩種：一種是模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)（ModeReferenceAdaptiveSystem,MRAS）；一種是自校正控制系統(tǒng)（Self-TuningControlSystem,STCS）。這兩種自適應(yīng)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟。模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)起源于跟蹤問題。該系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)框圖如圖4-32所示。

模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)反饋系統(tǒng)的主要區(qū)別是增加了一個(gè)參考模型和控制器參數(shù)的自動調(diào)節(jié)回路。模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)一般主要包括三個(gè)部分：參考模型、自適應(yīng)機(jī)構(gòu)和可調(diào)系統(tǒng)。參考模型和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)組成閉環(huán)?？烧{(diào)系統(tǒng)也包括一個(gè)閉環(huán)，這個(gè)閉環(huán)通常由控制器和被控制對象組成。

模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)示意圖MRAS的三個(gè)主要部分模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的主要原理是利用參考模型對一個(gè)給定的輸入產(chǎn)生所希望的輸出。模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的核心問題是如何確定自適應(yīng)率，目前主要采用兩種方法：參數(shù)最優(yōu)化方法和基于穩(wěn)定性理論的方法。參數(shù)最優(yōu)化方法的基本思路是以某個(gè)與系統(tǒng)有關(guān)的評價(jià)指標(biāo)取得極值為目標(biāo)，利用優(yōu)化方法確定一組控制器的最優(yōu)參數(shù)；基于穩(wěn)定性理論的方法的思路是保證控制器參數(shù)在自適應(yīng)調(diào)節(jié)過程中保持穩(wěn)定，同時(shí)盡量加快收斂的速度，因此通常要用到李雅普諾夫或波波夫等非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論。

模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)原理圖自校正控制系統(tǒng)

自校正控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)框圖如圖4-33所示。

自校正控制系統(tǒng)主要包括調(diào)節(jié)器（控制器）、控制對象、參數(shù)估計(jì)器三個(gè)部分。

自校正控制的基本思想是將控制對象參數(shù)估計(jì)算法與對系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)的要求結(jié)合起來，形成一個(gè)能自動校正調(diào)節(jié)器或控制器參數(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

自校正控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是必須對過程或被控對象進(jìn)行在線辨識。

在自校正控制系統(tǒng)中，參數(shù)估計(jì)器是關(guān)鍵組成部分。參數(shù)估計(jì)器的功能是根據(jù)控制對象的輸入和輸出信息來估計(jì)被控制系統(tǒng)的參數(shù)，以某一性能指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，采用一定控制算法來達(dá)到最優(yōu)控制的目的。模型參考自適應(yīng)方法和自校正控制方法的比較

自適應(yīng)控制方法在電能質(zhì)量控制器中也得到廣泛應(yīng)用，尤其在有源濾波器的諧波檢測過程中優(yōu)勢明顯。

有源濾波器中諧波檢測模塊的性能關(guān)系到整個(gè)有源濾波器系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。目前應(yīng)用最廣泛的基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流檢測方法主要適用于三相系統(tǒng)。采用自適應(yīng)對消原理的諧波電流檢測模塊對電網(wǎng)參數(shù)變化具有自適應(yīng)能力，并且對單相和三相系統(tǒng)具有通用性。

一種用于諧波電流檢測的變步長自適應(yīng)濾波器原理框圖如圖4-34所示。4.4.6模糊控制一．模糊控制的定義

1．模糊控制的定義模糊控制就是利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。

與經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論相比，模糊控制的主要特點(diǎn)是不需要建立被控系統(tǒng)等數(shù)學(xué)模型。

模糊集合（FuzzySet）理論是美國加州大學(xué)柏克萊分校的L.A.Ladeh(查德教授)建立的，他在研究人類思維、判斷過程的建模中，提出用模糊集作為定量化的手段。其基本思想是把經(jīng)典幾何中的絕對隸屬關(guān)系靈活化或模糊化。2.模糊控制的相關(guān)知識

經(jīng)典集合或者普通集合的隸屬函數(shù)只有兩個(gè)取值[0，1]。故模糊集弧可以看做是經(jīng)典集合的