【正文】 .......................................................22 3. 2. 3 電容總電壓的選擇 ...................................................................................23 3. 2. 4 電容選擇準(zhǔn)則和參數(shù)選擇 ........................................................................24 3. 2. 5 交流進線電感選擇準(zhǔn)則和參數(shù)選擇 ..........................................................25 電流跟蹤控制電路 .............................................................................................26 三角波比較方式 ......................................................................................26 三角波比較方式 ......................................................................................27 第四章 仿真 ...................................................................................................................28 三相四線制不平衡負載的諧波源設(shè)計 .................................................................28 諧波電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計 ..................................................................................30 4. 2. 1 低通濾波器構(gòu)成原理 ...............................................................................31 檢測 .......................................................................................................33 PWM 信號發(fā)生模塊的建立 ...................................................................................35 仿真模型的整體結(jié)構(gòu) .........................................................................................37 本章小結(jié) ...........................................................................................................37 第六章 結(jié)論及展望 .........................................................................................................38 本文的主要研究成果及完成的主要工作 ..............................................................38 致謝 ................................................................................................................................39 參考文獻 .........................................................................................................................40 本科生畢業(yè)論文 5 第一章 緒論 從上世紀 20至 30年代，人們已經(jīng)注意到了由靜止汞弧變流器弓 I起的電網(wǎng)電 壓和電流的畸變問題。如何改善電能質(zhì)量， 對供電系統(tǒng)的諧波與無功進行補償，一直是人們研究的重要課題。 諧波源歸納起來，主要有以下幾種： (1)靜止變流器。雖然他們數(shù)量不多，但它們?nèi)萘枯^大，它們產(chǎn)生的諧波成份十分豐富，對電網(wǎng)的危害極大。如：各種家用電器、熒光燈、計算機開關(guān)電源等。 2)使公用電網(wǎng)中的設(shè)備產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率，增加電網(wǎng)的線損。 2) 諧波還會引起保護設(shè)備的誤動作。一是設(shè)計諧波補償裝置，對電力系統(tǒng)中非線性負載產(chǎn)生的諧波進行補償。這兩種思路各有優(yōu)點，從 近年來的科技文獻可以看出都得到了很好的發(fā)展。 雖然無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點，但它也存在以下缺點： (1)如果系統(tǒng)中諧波電流超量，濾波器將過載。 (4) 當(dāng)系統(tǒng)阻抗參數(shù)和頻率變化時，濾波器可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振 (從 負載側(cè)看 )或串聯(lián)諧振 (從源側(cè)看 )，使系統(tǒng)無法正常工作，嚴重時將導(dǎo)致局部電網(wǎng)的崩潰。 (4)正常情況下，即使補償對象電流過大，有源電力濾波器裝置也不會發(fā) 生過載。 a 串聯(lián)型有源電力濾波器 本科生畢業(yè)論文 8 b 并聯(lián)型有源電力濾波器 （ c）混合型有源電力濾波器 圖 12 有源電力濾波器與負載之間的連接原理圖 混合型有源電力濾波器 混合型有源電力濾波器的系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)有以下兩種： （ a） 串聯(lián)型 APF與 LC PF組成的 APF 本科生畢業(yè)論文 9 （ b） 并聯(lián)型 APF與 LC PF組成的 APF 圖 兩種混合型有源電力濾波器 有源電力濾波器的發(fā)展和應(yīng)用 有源電力濾波器的發(fā)展 早在 1969年， B． M． Bird在他的論文 [1]中描述了通過向交流電網(wǎng)注入三次 諧波電流以減少電源電流中的諧波，改善電源電流的波形。但受當(dāng)時半導(dǎo)體器件發(fā)展水 平的影響，它只處于實驗室階段。隨著各種大功率開關(guān)器件的出現(xiàn)和 PWM變流技術(shù)的成熟，有源電力濾 波器已達 到實用化階段。由于零序電流的存在，諧波與無功補償要比在三相三線系統(tǒng)中復(fù)雜的多．所以關(guān)于三相四線系統(tǒng)有源電力濾波器的研究仍在繼續(xù)。 1997年日本電氣委員會發(fā)表了一項有關(guān)諧波危害的調(diào)查報告，該報告反映 了有源電力濾波器在日本的應(yīng)用情況。 2)諧波檢測的方法 諧波的檢測方法有負載電流檢測法、電源電流檢測法和電源電壓檢測法。 3)功能 有源電力濾波器除了補償負載電流諧波，還可補償基波無功、校正三相不平衡、抑制電網(wǎng)電壓閃變等功能。 1993年才見到試驗性的工業(yè)應(yīng)用試驗。 本文的研究的意義和內(nèi)容設(shè)置及主要任務(wù) 本文就瞬時無功理論在三相四線制系統(tǒng)中的適用性進行了深入研究，對三相 四線制有 源電力濾波器所補償?shù)墓β食煞葸M行了詳細分析。本文一切為了應(yīng)用，因此在理論分析時注重與實際的結(jié)合：在系統(tǒng)實現(xiàn)時，盡量使用現(xiàn)有的成熟技術(shù)和模塊。 （ 2）有源電力濾波器各部分結(jié)構(gòu)方式的比較及選擇。因此，研究無功及諧波電流的實時檢測及控制方法具有 非常重要的意義。 2. 1. 2 瞬時無功功率理論 ??變換原理：若在空間上相位差為 120176。的 ??兩相繞組，此時若建立的旋轉(zhuǎn)磁場與 abc 三相繞組是等效的，則可用 ??兩相繞組代替 abc三相繞組。將三相電壓、電流分別通過 abc ??變換到坐標(biāo)系 ??下，得到 ??坐標(biāo)系下的兩相瞬時電壓 ?e 、 ?e 和瞬時電流 ?? ii、 。即： ???????qpieqiep （ 25） 聯(lián)立以上幾式，并用矩陣表示三相瞬時有功功率 p 和瞬時無功功率 q： 本科生畢業(yè)論文 14 ??????????????????? ???????? ???????? iiCiieeeeqp pq （ 26） 其中 ， ???????? ???? eeeeCpq。 正向變換 —— 依據(jù) 將三相電流 cba iii 、 通過 32C 變換為 ??坐標(biāo)系下的兩相電流 ?? ii、 ，再由 ?? ii 、 通過 pqC 變換為有功電流 pi 和無功電流 qi 。于是，由 p 、 q 即可計算出被檢測電流 ai 、 bi 、 ci 的基波分量 afi 、 bfi 、 cfi 。 p qL P Fi αi βi pi qi α qi β qe ai bi ci a fi b fi ai c f++++i a hi b hi c hL P Fe be ce αe β 圖 qp? 指令運算法原理圖 ?????????????????????????????qpCCeqpCCiiipqpqcfbfaf2321231 （ 229） 當(dāng) APF 同時用于補償諧波和無功時，就需要同時檢測出補償對象中的諧波和無功電流。由于采用了低通濾波器 (LPF)求取 p 、 q 故當(dāng)被檢測電流發(fā)生變化時，需經(jīng)一定延遲時間才能得到準(zhǔn)確的 p 、 q ，從而使檢測結(jié)果有 — 定延時。 p qL P Fi αi βi pi qi α qi β qe ai bi ci a fi b fi ai c f++++i a hi b hi c hL P F 圖 qp ii ? 算法原理 基于 qp ii ? 無功電流實時檢測的具體步驟如下： （ 1）基于瞬時無功功率理論的 qp ii ? 電流檢測方法是將 a 相電壓 ae 經(jīng)過一個鎖相環(huán)（ Phase Locked Loop 簡稱 PLL）和一個正、余弦發(fā)生器得到與電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號和余弦信號。 （ 5）對于三相四線制和單相電路中的無功電流檢測，都可以先轉(zhuǎn)換為三相三線，然后重復(fù)上述步驟完成無功電流的檢測。 諧波分量的處理 根據(jù)對稱分量法，三相四線不平衡系統(tǒng)的負載電流 lI 除了含有基波正序分 置 ?1I 外，還含有基波零序 01I ，基波負序 ?1I 和高次諧波分量 hI 。由于 0I 在補償之列，在 0???? 正交坐標(biāo)系中可以把， 0I 去掉，而不影響算法的正確性。同三相三線系統(tǒng)一樣，經(jīng)過 PARK變換后，只有 ?1I 變?yōu)橹绷鳌?qp? 法、 qp ii ? 法和 dq法都可推廣到三相四線系統(tǒng)。 qp ii ? 運算方式用鎖相環(huán)產(chǎn)生正弦信號，與電壓無關(guān)，因此 本科生畢業(yè)論文 20 qp ii ? 運算方式在電壓發(fā)生畸變時仍能準(zhǔn)確地檢 測出系統(tǒng)的諧波電流。 三相四線制系統(tǒng) APF主電路形式和結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計 三相四線制系統(tǒng)中由于零線的存在，使系統(tǒng)中 APF 主電路及控制電路的構(gòu)成與三相三線制 系統(tǒng)有所不同。隨著三線四線制系統(tǒng)在整個電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波 本科生畢業(yè)論文 21 的比重越來越大，研究如何用 APF 對三相四線制系統(tǒng)諧波和無功進行補償有重要意義。產(chǎn)生的零線補償電流 cNi 與負載零線電流 lNi 相抵消，使得電源側(cè)零線電流為零。 圖 三相四橋 APF主電路 三相變流器結(jié)構(gòu) 圖 為采用三相變流器 APF 主電路與負載之間的連線圖。但從控制的角度來說，由于零線電流在兩個電容上可能引起電壓不平衡的情況，所以控制電路要比四相變流器的控制電路復(fù)雜一些。 3. 2. 1主電路容量的確定 有源電力濾波器的容量 AS 由下式計算 cA UIS 3? （ 31） 式中： U為電網(wǎng)相電壓的有效值， cI 為補償電流的有效值。當(dāng)有源電力濾波器只補償負載電流中諧波成分時，則 有 lhc II ? ，此時，裝置容量 AS 取決于負載電流中諧波電流所占的比例。 3. 2. 2 系統(tǒng)開關(guān)頻