PDF《大容量混合有源滤波器多目标优化设计》

Ih 为系 统hth 次谐波电流有效值;

I1 为系统基波电流有效 值;

N 为截取的谐波最高次数, 本文根据现场测试数 据, 取N =

25 .

2 2 附加约束条件 1)电网电流 THD 的约束: 装设 HAPF 后, 系统 电流 THD需要满足国家标准要求, 而且当 HAPF中 的有源部分发生故障切除时, 考虑经济效益, 本课题 选择 PPF部分正常挂网运行, 此时系统的 THD仍然

50 电机与控制学报第14卷 需要满足谐波抑制要求, 即有以下 2个约束条件: d = N h =

2 Ih I1

2 ! dm ax, ( 4) 式中 dmax为国家标准中电流总谐波畸变率的上限;

dPPF = N h =

2 Ih I1

2 ! dmax, ( 5) 式中 dPPF为PPF部分单独运行时系统 THD 指标. 2)各次谐波抑制要求: 为了保证滤波后的各次 谐波含量都能满足国家标准要求, 有以下约束条件, 同样需要考虑 HAPF 及PPF单独运行时的两种情 形, 即IHAPF h ! Ihmax, h =

5 ,

7 , 11?,

25 , ( 6) IPPFh ! Ihmax, h=

5 ,

7 , 11?,

25 , ( 7) 式中: IHA PFh与IPPFh分别为 HAPF与PPF单独运行时 系统中 h th 次谐波含量, Ihm ax 是hth 次谐波含量标 准值. 3)基波无功功率补偿的约束要求: 装设 HAPF 后, 系统既不能出现无功过补的现象, 又必须保证功 率因数达到标准要求, 即Qm in ! i=

5 ,

7 , H Qi ! Qmax, ( 8) 式中 Qm i n、 Qmax分别为系统无功功率补偿的上、 下 限值. 4)避免串、 并联谐振的发生: 当HAPF整体运行 时, 由于 APF 的有源阻尼作用, 可以很好的避免 HAPF与系统发生串、 并联谐振事故, 这是 HAPF的 优势所在;

但是在 APF故障而 PPF单独运行时则必 须避免串、 并联谐振的发生, 否则后果严重.本文从 两个方面进行了此方面工作: 一是将 PPF中的单调 谐滤波器的谐振频率设置的比谐波源特征谐波频率 低;

二是在优化过程中加入了以下约束条件: I m (Ys (h ) / /Y5 (h ) / /Y7 (h) / /YH (h ) )#

0 , ( 9) I m(Zs (h) + Z5 (h) / /Z7 (h ) / /ZH (h ) ) # 0, (10) h =

5 ,

7 ,

11 ,

13 ,

17 ,

19 ,

23 ,

25 . 式中: I m( ? )是取虚部的数学符号;

Ys (h )、 Y5 (h )、 Y7 (h)及YH ( h )分别为系统、 5次滤波通道、 7次滤 波通道及高通滤波通道在 h th 次谐波处的等效导纳;

Z s (h)、 Z5 (h )、 Z7 (h )与ZH ( h )分别为系统、

5 次滤 波通道、 7次滤波通道及高通滤波通道在 h th 次谐波 处的等效阻抗. 5) 考虑失谐因素影响的鲁棒 性约束条件: HAPF对于系统参数及周围环境的影响并不敏感, 但是当 APF发生故障 PPF部分单独运行时, PPF对 系统参数及周围环境变化特别敏感.实际应用中易 发生变化的系统参数有系统阻抗 Zs、 系统频率、 无 源滤波支路的电容及电感参数值等, 这些参数的变 动都会给 PPF带来失谐的影响, 直接影响其滤波效 果, 并导致 PPF与系统发生串、 并联谐振. 传统的设计方法中, 都是在设计完滤波器之后, 再进行系统对参数变化的鲁棒性测试, 如果不满足, 则需要重新进行设计, 如此反复大大降低了设计工 作的效率.本文将此鲁棒性测试放在优化设计过程 中进行, 参照电网参数变化范围, 附加以下约束 条件: a)当系统阻抗减少

20 % 时, 系统的滤波性能仍 能满足要求, 包括 THD、 各次谐波含量、 无功补偿容 量都要满足规定的要求, 而且不能发生串、 并联谐 振, 如上面约束条件 1) ~ 4)所述. b)当系统频率在

49 5~

50 5 Hz之间变动时, 系统滤波特性需要满足约束条件 1) ~ 4). c)对于工业用滤波系统, 对滤波器通道的电 感、 电容变动范围有以下假设 [