三相三線制并聯(lián)有源電力濾波器仿真分析
電力學(xué)報(bào)左坤 李錚 吳建明 張瑞
0.引言
20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，非線性電力電子器件和裝置在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，使電力系統(tǒng)的非線性負(fù)荷明顯增加，導(dǎo)致諧波危害日益嚴(yán)重，諧波治理刻不容緩[1-3]。電力系統(tǒng)諧波抑制措施主要有三種[4]:
受端治理:即從受到諧波影響的設(shè)備或系統(tǒng)出發(fā),提高它們抗諧波干擾能力。
主動(dòng)治理:即從諧波源本身出發(fā),使諧波源不產(chǎn)生諧波或降低諧波源產(chǎn)生的諧波。
被動(dòng)治理：即外加濾波器,阻礙諧波源產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng),或者阻礙電力系統(tǒng)的諧波流入負(fù)載端。
被動(dòng)治理諧波的措施：
1.采用無(wú)源濾波器PPF(Passive Power Filter,PPF,PF)或稱為L(zhǎng)C濾波器。LC濾波器[1-6]由電容元件、電感元件和電阻元件按照一定參數(shù)配置一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成的濾波裝置。LC濾波器是出現(xiàn)最早[6]，雖然存在一些較難克服的缺點(diǎn)[1-6]，但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，因此至今仍是應(yīng)用最多的濾波方法[1-6]。
2.采用有源電力濾波器APF(Active Power Filter)。有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，它以有對(duì)于大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制方法缺點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)水平的發(fā)展，有源濾波技術(shù)得到極大發(fā)展，在工業(yè)上已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。
有源電力濾波器APF(Active Power Filter)是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，它以有對(duì)于大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償[4、5]。
1.有源電力濾波器基本原理
有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)是一類重要的電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的裝置，能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受系統(tǒng)阻抗的影響。和傳統(tǒng)的無(wú)源電力濾波器相比，是一種很有前途的消除或抑制負(fù)載或電網(wǎng)諧波手段。
圖1為最基本的有源電力濾波器系統(tǒng)構(gòu)成的原理圖[4、5]。
圖1 并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)主要有兩大部分組成[5]，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路(由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、和主電路三個(gè)部分組成)。其中，指令電流運(yùn)算電路的主要功能是檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波電流分量，即所謂得諧波檢測(cè)電路。補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運(yùn)算電路得出的補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流。補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波電流相抵消，最終得到期望的電源電流。主電路目前均采用PWM變流器。
2.基于瞬時(shí)無(wú)功功率的ip-iq檢測(cè)方法
有源電力濾波器諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)直接影響到諧波補(bǔ)償效果，快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出諧波對(duì)有源電力濾波器整體性能至關(guān)重要。
基于ip-iq運(yùn)算方式的諧波電流檢測(cè)法是由西安交通大學(xué)王兆安教授在二十世紀(jì)九十年代提出的，該方法可以快速檢測(cè)，即使當(dāng)電壓波形有畸變，也能準(zhǔn)確地檢測(cè)出全部諧波和無(wú)功電流。ip-iq法原理如圖2所示[6]，PLL為鎖相環(huán)。
圖2 ip-iq檢測(cè)方法原理圖
圖中：
3.仿真分析
本文用Matlab對(duì)三相三線制并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。主要參數(shù)為：
電網(wǎng)：三相理想電壓源：35KV，50Hz。
諧波檢測(cè)方法：基于瞬時(shí)無(wú)功功率的ip-iq檢測(cè)方法
非線性負(fù)載：阻感性載負(fù)。
圖3-1補(bǔ)償前系統(tǒng)電流波形及頻譜分析
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：有源電力濾波器未投入前負(fù)載電流中含有很大諧波成分。從波形及頻譜分析出電流總諧波畸變率達(dá)到27.54%。而在有源電力濾波器投入后，電流總諧波畸變率為0.56%, 對(duì)諧波起到了很好的抑制作用。
4.結(jié)論
本文研究了三相三線制并聯(lián)有源電力濾波器諧波檢測(cè)方法-基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq諧波電流檢測(cè)方法，進(jìn)行了基于該諧波檢測(cè)方法構(gòu)建的三相三線制并聯(lián)有源電力濾波器仿真分析，結(jié)果驗(yàn)證了檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性及該濾波裝置對(duì)諧波抑制的良好性能，具有理論及實(shí)踐意義。
參考文獻(xiàn)：
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