[科普中国]-谐波电流源

谐波电流源是指非线性阻抗引起电流波形畸变的供电系统设备或连接到系统的装置。可编程谐波电流源是针对谐波和无功电流问题而设计的检验平台，应用十分广泛。其产品已投入实际运行，具有良好的稳态精度和动态特性，其所用的电流跟踪控制方法为静止坐标系下的电流跟踪。为进一步提高输出电流的跟踪精度，设计的可编程谐波电流源所采用旋转坐标系下的电流分次控制是无静差控制，能进一步提高输出电流的稳态精度。

简介随着电能质量问题逐渐引起人们的关注，各种电能质量治理装置被广泛应用。为对电能质量问题中的谐波电流问题进行研究和治理，必然会涉及到检验一个电能质量分析理论的正确性、检测一台电能质量治理装置的补偿效果、衡量一套电能质量治理装置的有效性和对电能质量的敏感程度等问题。如何产生谐波电流以供理论研究和装置检验，成为治理谐波电流过程中急需解决的问题。

可编程谐波电流源是针对谐波和无功电流问题而设计的检验平台，应用十分广泛。其产品已投入实际运行，具有良好的稳态精度和动态特性，其所用的电流跟踪控制方法为静止坐标系下的电流跟踪。为进一步提高输出电流的跟踪精度，设计的可编程谐波电流源所采用旋转坐标系下的电流分次控制是无静差控制，能进一步提高输出电流的稳态精度1。

电路拓扑及工作原理1.电路拓扑

可编程谐波电流源的主电路采用常用的三相电压型PWM整流器结构，并联连接在三相电网上，可编程谐波电流源运行时，需在稳定直流侧电压的同时，实现其交流侧在受控功率因数或者指定电流输出的控制。通过控制PWM整流器的三相交流输出电压，使输出电压和电网电压在输出电感两端产生电压差，控制该电压差达到控制可编程谐波电流源输出电流的目的。

2.工作原理

在装置运行时，将稳定直流母线电压所需的有功电流信号与可编程谐波电流源所需输出的电流信号相加作为装置的给定电流信号，装置实际输出的电流信号作为反馈电流信号，给定电流与反馈电流作差，其差值输入PI调节器，PI结果经三角波比较电路生成PWM 驱动脉冲，驱动变流器的IGBT工作，达到使反馈电流跟踪给定电流的目的。

可编程谐波电流源可输出相位、幅值均可调的5，7，11，13 等次谐波电流以及幅值可调的无功基波电流，可单独输出某一次电流，亦可是谐波与谐波、谐波与无功的任意组合1。

常见的电流跟踪控制方法在对三相PWM整流器的控制方法中，比较常见的输出电流跟踪方法为三相静止坐标系下电流控制和旋转坐标下电流控制，而前者是最常用的控制方法。

1.三相静止坐标系下电流跟踪控制

三相静止坐标系下电流跟踪控制：其电流内环的电流给定和反馈均为a，b，c 静止坐标系下的交变信号，分别将a，b，c三相电流的给定值与反馈值作差，差值分别输入PI调节器进行控制。

采用该电流跟踪方法，其输入、输出信号中包含了电流的全频带信息，故采用静止坐标系下的电流控制只需作一次a，b，c三相下的PI控制即可控制全频带的电流，运算量小。采用静止坐标系下电流控制时，PI调节器的输入为交变信号，I参数的存在使系统稳定性较差，PI参数设计较复杂，一般只使用P调节器控制信号，系统为有静差系统。

2.旋转坐标系下电流跟踪控制

旋转坐标系下电流跟踪控制：旋转坐标系下的输出电流控制方法基于瞬时无功功率理论，该方法的3s/2r，2r/3s变换只针对固定的频率，可以实现谐波的分次解耦控制。要达到较好的控制效果，就必须控制尽可能多频率的谐波，所以需在不同频率下重复的电流跟踪控制。该方法要进行多次坐标变换，运算量较大，但PI参数设计较简单，且PI调节器的输入信号是直流量，系统稳态时能实现无静差控制。

与三相静止坐标系下电流跟踪方法相比，旋转坐标系下电流跟踪控制具有更高的精度，为实现更高品质的可编程谐波电流源，设计了基于旋转坐标系的电流分次控制的可编程谐波电流源1。

总结旋转坐标系下电流分次控制的可编程谐波电流源具有如下优点：

①调试PI参数是调试过程中非常重要的一个环节，由于给定量和反馈量都是变换为直流量之后进行PI调节，大大方便了PI参数的设计；

②将控制量转化为直流量进行PI调节，可以实现系统的无静差控制，大大提高了输出电流的跟踪精度。

采用旋转坐标系下电流分次控制的可编程谐波电流源已在实验室和设备产品中实现，其工作性能非常好，可用于电能质量改善装置的测试平台、电感性能测试平台等多种场所2。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学