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一種新型并聯混合型有源濾波器的研究

作者: 時間:2014-01-24 來源:網絡 收藏
隨著電力電子技術的發展,電力系統中的非線性負載越來越多,由此帶來的諧波污染也越來越嚴重。傳統的LC無源電力濾波器(PPF)以其廉價、簡單、易維護等特點在電力系統中獲得了廣泛的應用,但無源補償裝置濾波性能受系統參數影響較大,只能補償固定次數的諧波,易于電網等效阻抗發生諧振,難以對動態的無功功率和諧波進行有效補償。
和傳統的無源濾波器相比,有源濾波器(APF)能跟蹤電網頻率的變化,既可對一個諧波和無功源單獨補償,也可對多個諧波和無功源集中補償,而且補償無功功率的大小可做到連續調節,實現動態補償。但其成本較高、輸出容量有限,難以應用于對大容量負載進行補償。由PF和APF構成的混合型有源濾波器(HAPF)既可克服APF成本高的缺點,又可使整個系統獲得良好的性能,適用于大容量負載的補償。
文中在闡述TSHAPF工作原理的基礎上,針對7次調諧的無源濾波器對5次諧波濾波能力較差的狀況,提出了反饋控制加5次前饋控制的策略,并給出了系統的總體控制策略。當系統的無功功率急劇變化時會引起母線電壓的波動,從而影響到系統的正常運行,因此在原有的反饋環節中加入了回路,通過調節補償器的無功容量,從而實現了系統的無功功率穩定。

1 TSHAPF工作原理
在傳統的HAPF系統中,由于基波阻抗較低,無源部分無法承擔較多的基波電壓,且流經有源部分的基波無功電流較大,因此需要通過耦合變壓器來滿足有源和無源濾波器的電壓和電流的匹配。為了濾除高頻毛刺,還需附加輸出濾波電路。文中采用了一種型TSHAPF,系統的結構圖如圖1所示。

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APF的有源部分與LC濾波器串聯,然后并聯接入電網,非線性負載為整流負載。有源濾波支路產生諧波補償電流來補償整流負載電流中的諧波電流,從而使電網側電流實現正弦化。負載交流側串接阻抗,以防止短路故障電流和降低負載電流畸變率,同時抑制公共節點電壓的開關紋波分量。
無源濾波器采用單調諧電路,在某個低次諧波附近呈現低阻抗,分流負載電流的該次諧波分量,而在開關頻率處呈現高阻抗,從而不需要額外的開關紋波濾波器,減小了系統的體積。此外,對于基波而言LC諧振電路相當于一個大電容,承擔了大部分的基波電壓,有源濾波器上的基波電壓非常小,降低了對開關器件的耐壓要求。因此在某些場合中可以選用低壓MOSFET,降低成本,提高系統效率及補償性能。

2 TSHAPF控制策略
TSHAPF中逆變器控制策略是整個濾波系統的核心問題,它決定著濾波的跟隨特性和整體濾波效果。文中提出了一種采用電網諧波電流反饋控制與負載諧波電流前饋控制的復合控制策略,這種控制方法計算量小,控制簡單,濾波效果比僅采用電網諧波電流作反饋控制時更好。其中前饋控制的作用是當擾動出現時立即根據擾動的性質和大小進行控制,以補償擾動的影響,目的是加速系統響應速度,改善系統的調節品質;反饋控制主要用來彌補前饋控制的不足,克服模型不精確以及干擾帶來的影響。TSHAPF的總體控制框圖如圖2所示。

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2.1 反饋控制
反饋控制是有源濾波器中最常用的控制策略,目的在于利用有源濾波器來改善無源濾波器的整體濾波性能。
基于瞬時無功理論,文中通過abc-dq變換將三相電網電流is轉化為瞬時有功電流id1和瞬時無功電流iq1,其中的直流部分對應is中的基波分量,交流部分對應is中的諧波分量。使用兩個一階高通濾波器從id1,iq1中提取出交流分量idac和iqac,之后進行dq-abc變換就可以得到待補償的電網諧波電流iSH,將其放大K倍后作為有源濾波器的參考信號。同時,通過檢測逆變器直流電壓Vdc進行閉環控制可以實現Vdc的建立與穩定,無需外加獨立直流電壓源。

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