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電力有源濾波器特性研究

2021-01-21

用電技術在飛速的發展,電網中的整流、逆變、變頻設備出現了重大變革,電力電子裝置拓寬了電能的應用,也提高了用電效率。目前,以電力電子裝置為主的非線性負載直接影響了電力系統的波形質量,導致電網電壓和電流發生了波形畸變,產生大量諧波,破壞了電網的電氣環境。諧波對電網的安全、穩定、經濟運行構成了嚴重威脅。目前一般采取兩種類型的措施的進行諧波抑制:一是采取措施減少設備自身產生的諧波,例如采用多脈動換流技術與PWM技術;二是通過裝設濾波裝置濾除諧波。前者會增大投資成本而且適用范圍有限,后者一般通過裝設無源濾波器或有源濾波器進行諧波抑制,無源濾波器難以達到較好的濾波效果,有源濾波器或混合型有源濾波器實時對負荷諧波起著抵償作用,器具有較好的動態補償效果,應用前景廣泛。2有源濾波器簡介(混合型)有源濾波器是目前電能質量領域的研究熱點,主要包括基于瞬時無功功率的有源濾波器和基于磁通補償原理的有源濾波器兩類?;谒矔r無功功率的有源濾波器是常見的、研究較多的類型,其采用瞬時無功功率理論實時檢測到補償諧波電流,通過控制逆變器產生一個與諧波電流相反的電流來抵消負載中所包含的諧波,使系統電流變成正弦波。主要分為三種:第一種是傳統的并聯型有源濾波器方案;第二種是并聯無源加串聯有源濾波器相結合的方案;第三種是有源濾波器和無源濾波器串聯后與電網并聯的混合型方案。目前國內對該類型有源濾波器研究較突出是湖南大學羅安教授與西安交通大學王兆安教授的課題組?;诖磐ㄑa償原理的有源濾波器采用不同原理,國內主要是華中科技大學的陳喬夫課題組對該類型有源濾波器進行研究?;诖磐ㄑa償的(混合型)有源濾波器可分為兩種,即基于基波磁通補償的串聯型有源濾波器和基于諧波磁通補償的并聯型有源濾波器。3并聯混合型有源濾波器拓撲結構本文主要介紹目前工程應用較多的基于瞬時無功功率的并聯混合型有源濾波器,其主電路圖如圖1所示。由于無源濾波器的結果簡單、成本低、運行維護方便,并聯混合型有源濾波器利用了無源濾波器來承擔大部分的諧波濾除功能,該類型濾波器結合了無源與有源的優點,可使裝置獲得良好的濾波性能。圖1有源濾波器電路結構圖該類型有源濾波器的有源部分主要由指令運算電路和補償電流發生電路組成,其原理是通過檢測電路檢測電網中的電流,經過指令運算電路計算出需要補償的電流,并產生指令信號,再經過電流跟蹤控制電路達到驅動電路,驅動逆變器產生補償電流,補償電流與諧波電流可以相互抵消,來濾除諧波。無源部分是由電容器、電抗器和電阻器適當組合而成的,除起濾波作用,還有無功補償的作用。根據圖1中的電路圖可作出并聯混合型有源濾波器單相等效電路如圖2所示。圖2單相等值電路工作時,并聯混合型有源濾波器產生的諧波電流Ip為:Ip=KsIsn(1)電源的諧波電流以及連接入點處的諧波電壓為:Isn=Zfn+ZanZsn+Zfn+(1+Ks)ZanIl,n=Zfn+Zan(Zsn+KsZan)(Zfn+Zan)Il,n(2)UTn=Usn-ZsnIsn=-(Zfn+Zan)ZsnZsn+Zfn+(1+Ks)ZanIl,n(3)根據等效電路圖,當滿足:Zsn+KsZan>>Zfn+Zan(4)此時諧波電流將流入無源濾波器,如果KsZan>>Zsn,則濾波特性由決定。4有源濾波器的諧波檢測與控制系統有源濾波器的諧波檢測環節原理圖如圖3所示,諧波檢測首先需要電壓或電流互感器進行電壓或電流的測量,再進行預處理,一般的預處理環節為將電流或電流互感器輸出的電流信號轉化為電壓信號,而且在轉化過程中還需要適當的濾波與放大。

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