并联型有源滤波器的死区效应及其补偿策略(1)

　　摘要：分析了三相四线制有源电力滤波器中逆变器的死区效应对其补偿性能的影响，研究了电流反馈控制和无死区控制两种补偿策略用于上述有源电力滤波器死区补偿的可行性，并通过仿真对两种方法的补偿效果进行比较。结果表明，两者均能有效补偿死区效应的影响；但在实现的难易程度和成本方面，无死区控制策略有一定优势。

　　1常用的并联型三相四线制APF简介

　　近年来，有源电力滤波器（ActivePowerFilter，简称APF）作为一种动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置得到了迅速发展。其中，并联型APF由于具有效率高、成本低、易控制等优点而成为研究重点[1]，常用的并联型三相四线制APF的拓扑结构如图1所示[2]。

　　并联型三相四线制APF的基本原理是通过某种算法来控制主电路中的电压型逆变器，使其向网侧注入抵消负载电流中的谐波和无功电流分量，从而使得电源电流只剩下基波有功分量，其波形为与电压同相的正弦波。然而，电压型逆变器存在直流电压母线，为了防止开关器件发生“直通”现象，在同一桥臂的两个开关管开通与关断之间必须设置一定的死区时间。而死区的存在使得电压型逆变器不能精确实现控制算法，从而影响APF的补偿性能。

　　本文详细分析了并联型三相四线制APF死区效应的的形成及其影响，研究了相应的死区补偿策略，对提高APF的补偿性能有一定的参考价值。

　　2死区效应分析

　　在图1中，由于三相桥臂相互独立，故以A相来分析死区时间的存在对APF补偿性能的影响，如图2所示。图2中，是负载电流；是APF输出的补偿电流；为补偿后的电源电流。

　　假定开关管均为理想开关（开通与关断是瞬时完成的，且通态压降为零），则在死区时间内，S1和S2都处于关断状态，逆变器输出补偿电流只能由反并联二极管D1或D2来续流。规定电流由桥臂流出时为正方向。当＞0时，在死区时间内，只能通过D2来续流，Ａ点电压被钳位在－Uc/２。此时，若S1由导通到关断、S2由关断到导通，则理想情况下Ａ点电压应为－Uc/２，因而此时死区的存在对APF输出没有影响；若S1由关断到导通、S2由导通到关断，则理想情况下Ａ点电压应为Uc／２，而实际电压为－Uc/２，因而与理想情况相比，在死区时间内，A点电压相当于增加了一个幅值为Uc、宽度为负脉冲。

　　同理可以分析＜0时的情况，当S1由导通到关断、S2由关断到导通时，A点电压相当于增加了一个幅值为Uc、宽度为正脉冲；当S1由关断到导通、S2由导通到关断时，死区对APF输出没有影响。死区效应波形图如图3所示。

　　（a）理想驱动波形（b）实际驱动波形

　　（c）理想输出波形（d）>0时实际输出波形

　　（e）>0时偏差电压波形（f）<0时实际输出波形

　　（g）<0时偏差电压波形

　　由图3可以看出，加入死区时间后，APF桥臂中点输出电压与理想值之间产生一定的偏差，不计电压的上升与下降时间，此偏差电压可以看成一系列电压脉冲，有如下特点：

　　(1)每个开关周期内存在一个偏差电压脉冲；

　　(2)此偏差电压脉冲幅值为，宽度为；