PDF《低压配电网并联型 有源滤波器的技术实现》

文章编号:140613 哈尔滨九洲电气股份有限公司? 周家琪? 王磊 摘要:本文以并联电压型有源电力滤波器为研究对象,系统地分析了并 联电压型有源电力滤波器的工作原理、补偿特性、谐波电流检测方法、 补偿电流控制策略、直流侧电压控制等问题.

在控制电路的设计中,采 用数字化PWM控制技术来实现,并引入直流侧电压反馈控制环节,以 保证APF具有良好的补偿跟随特性.以硬件实现谐波电流检测,该方法 简单,易实现,实时性好.对负载电流的补偿控制进行了仿真,结果表 明,只要选择合适的参数,就可以实现良好的补偿功能. 低压配电网并联型 有源滤波器的技术实现 Low voltage distribution network shunt active filter technology

1 引言 随着电网谐波污染问题日益严重和人们对供 电可靠性和电能质量的要求越来越高,传统的无 源滤波器已不能充分满足电力用户对电能质量的 要求,有源电力滤波器(APF)可以克服无源滤 波器等传统的谐波抑制方法的缺点,以其卓越的 滤波性能受到广泛关注.随着数字信号处理技术 的高速发展,以数字化控制技术实现的有源电力 滤波器成为电力电子技术中新的研究热点. 有源滤波技术作为一种新型的先进的谐波治 理技术,为消除谐波污染、提高电能质量的有效 工具,因此本文将在电网谐波被动治理措施的基 础上重点讲述低压配电网并联型有源滤波技术的 实现.

2 有源电力滤波器的基本原理 图1所示为最基本的有源电力滤波器系统构成 的原理图.图中,es表示交流电源电势,is为交流 电源电流,负载为谐波源,它降低了系统功率因 数,产生谐波,iL为负载电流.ic为补偿电流,ic*为 补偿电流的指令信号,HPF为高通滤波器. 有源电力滤波器系统由两大部分组成,即谐 波电流检测电路和补偿电流发生电路(由补偿电 流控制电路、隔离与驱动电路和主电路三个部分 图1 有源电力滤波器系统构成的原理图 图2 电压型有源电力滤波器结构原理图 kzcd.chuandong.com 电力电子 CD技术与应用 POWER ELECTRONIC 构成).其中,谐波电流检测电路的核心是检测 出补偿对象电流中的谐波电流分量.补偿电流发 生电路的作用是根据谐波电流检测电路得出的补 偿电流信号,产生实际的补偿电流.补偿电流控 制电路的作用是根据检测到的各个电压和电流, 由控制算法计算得出补偿电流的指令信号.主电 路用来产生补偿电流,目前均采用PWM变流器. 图1所示有源电力滤波器的基本工作原理是, 检测补偿对象的电压和电流,经指令电流运算计 算得出补偿电流的指令信号,该信号经补偿电流 发生电路放大,得出补偿电流,补偿电流和负载 电流中要补偿的谐波电流抵消,最终得到期望的 电源电流.

3 电压型有源滤波器数学模型 有源电力滤波器的主电路有两种类型,即电 流型PWM逆变电路和电压型PWM逆变电路.它 的作用是产生非正弦电流来补偿非线性负荷产生 的谐波电流.电流型有源电力滤波器虽具有较高 的可靠性,但却有较高的损耗并且在交流侧需要 并联体积较大的电感,因此在一般场合下使用较 少.电压型PWM变流器在它的直流侧有一个大 电容,由于其轻便且特性较好,所以应用较为广 泛.本文采用的电压型结构,其结构如图2所示. 直流侧接有大电容,在正常工作时,其电 压基本保持不变,可看作电压源为保持直流侧电 压不变,需要对直流侧电压进行控制.与电流型 PWM变流器相比,电压型PWM变流器的优点是, 不会产生较大的损耗.但是,当主电路开关器件 直通时会发生短路故障.因此,需要采取一定的 保护措施,防止开关器件的直通. 针对三相交流电感,根据基尔霍夫电压定律 可得出如下公式: 其中, 同时直流母线侧 电压关系式为: 对于APF直流侧母线电压为两电容的串联,所以公 式应为 (2) 从而(1)式可以写成 通过3/2变换矩阵: 从而(2)、(3)式可以化为如下,其中(3)式 中由于很小,可以忽略.所以APF数学模型为式 (4)和(5)来表达: (1) (4) (3) 图5 电流内环控制模型 图3 ip-iq法检测电网谐波电流的检测流程 图4 APF闭环控制框图