Active power filters: behaviour and performance analysis

Abstract

Negli ultimi anni i dispositivi di elettronica di potenza si sono diffusi in differenti campi di applicazione e per diversi impieghi. L’ampliamento dei loro campi di applicazione è legato alla conoscenza del comportamento dei dispositivi di elettronica di potenza e delle loro prestazioni. Uno dei campi applicativi di maggiore interesse è quello della compensazione dei carichi elettrici, cioè il filtraggio attivo delle armoniche di corrente assorbite, lo sbilanciamento delle correnti e / o la compensazione della potenza reattiva richiesta. Per la realizzazione della compensazione richiesta, è necessario l’impiego di un opportuno software di controllo dei dispositivi di elettronica di potenza. Questi ultimi hanno caratteristiche elettriche non lineari che portano a complicazioni delle espressioni analitiche del loro modello matematico. Anche se il modello matematico dei filtri attivi è descritto da equazioni non lineari, il ricorso a opportune trasformazioni integrali può talvolta rendere possibile la sua risoluzione analitica in forma chiusa. L’analisi del comportamento dei filtri attivi di potenza è stato perciò condotto mediante l’impiego di una procedura matematica che fa uso della z-trasformata modificata. La soluzione, valida sia al transitorio che in condizioni di “regime”, è espressa attraverso funzioni matematiche elementari. La soluzione analitica presenta particolari vantaggi perché non solo consente di comprendere facilmente il comportamento dei filtri attivi e l’influenza dei valori assunti dai parametri caratteristici, ma fornisce anche delle direttive per la progettazione degli elementi passivi del filtro e l’implementazione di opportune tecniche di controllo. Sulla base degli studi teorici fatti sul modello matematico di un filtro attivo di tipo parallelo, è stato progettato un algoritmo di controllo che realizzi la compensazione di un assegnato contenuto armonico di corrente e della potenza reattiva richiesta dal carico. L’algoritmo, di validità generale, può essere impiegato anche nel caso di tensioni non simmetriche e correnti squilibrate. L’uscita dell’algoritmo di alimentazione è il segnale di riferimento per la modulazione SVM della tensione dell’inverter che consente di ottenere effettivamente la compensazione desiderata. Per verificare la correttezza e l’accuratezza dei risultati teorici, il modello matematico proposto e la procedura di soluzione seguita sono stati valicati infine da prove sperimentali condotte su un filtro attivo di tipo parallelo connesso alla rete di distribuzione.