【正文】 key tache to acplish the various functions of active power filter to establish the anticipative pared current This paper analyzes the parallel active power filter control strategy Including the pensation current tracking control and DC voltage control Through analysis and parison of hysteresis control triangular wave control and space vectorbased voltage control Finalize the pensation current tracking control method used and the triangular wave parison control method of hysteresis control Finally to verify the proposed detection method and control method is correct Under this thesis the power system with MATLAB65SIMULNIK Simpowersystems Blockset blocks on the whole threephase threewire shunt active power filter system voltage conducted a simulation study Simulation results show that the designed filter can filter out harmonic well the pletion of the role of harmonic suppression Key word Active Power Filter Harmonic and reactive current detection Compensation current control Triangular wave parison and hysteresis control Simulation 第一章 電網(wǎng)諧波的實際問題 電力系統(tǒng)中三相橋式整流器的使用極為廣泛由此引起的諧波電流也成了人們日益關注的問題安置濾波器是減小諧 波電流的有效措施 然而多數(shù)濾波器的設計要求對整流器所產(chǎn)生的諧波電流進行計算三相不可控整流器的電路圖如下圖所示 圖 11 三相不可控整流電路 上述電路中取相關參數(shù)如下表所示 表 11 三相不可控整流電路的相關器件參數(shù) 器件名稱 Xs XL Xd Xc Rd Id 參數(shù)值 01161 01472 11918 41108 05119 01306 對上表所取的參數(shù)下面對諧波電流進行計算為表達方便 采用了標幺值數(shù)據(jù)形式基波電流與電抗分別定義為 11 式中 P0 為整流器額定輸出功率 直流側 n 次諧 波電流以其有效值與平均電流 Id0 的比值表示 交流側ν次諧波電流以其幅值與基波電流幅值的比值表示交流側電流波形畸變率計算到 v 25 12 其中直流側電流計算公式為 13 式中 Id0 直流分量 Id n δ n n 次諧波電流的幅值及相角 14 Ed0 整流輸出電壓的直流分量 15 交流側諧波電流的計算公式可由直流側導出由于三相電流對稱 所以只需計 算 a 相電流 16 式中 17 公式 17 中 18 式中ξ為換流起始角偏移量μ換流重疊角可由下式計算得到 19 ν次諧波電流幅值及相角分別為 18 結合上述相關公式和表中相關數(shù)據(jù)可得整流電路的整流諧波電流的計算值如下表所示 表 12 整流諧波電流的計算值 諧波次數(shù) K5 0K7 0Kv 0 a5 0176。a5 249176。 v≥ 11 計算結果 直流側 6 164 191 223 12 023 028 038 18 007 008 010 交流側 5 2021 2019 2034 7 1202 1212 1252 11 691 710 776 13 557 582 583 17 332 357 388 19 259 285 222 23 155 177 213 THD 2542 2579 2640 針對上述整流器產(chǎn)生的諧波電流本文設計了下文所介紹的三相三線制有源電力濾波器用于補償該整流器產(chǎn)生的諧波電流提高公用電網(wǎng)的電能質量 第二章 緒論 21 有源電力濾波的產(chǎn)生發(fā)展及現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展電力系統(tǒng)中非線性負荷大量增加各種非線性和時性電子裝置如逆變器整流器及各種開關電源等大規(guī)模地應用其負面效應也日益明顯電力電子裝置的開關動作向電網(wǎng)中注入了大量的諧波和次諧波分量導致了交流電網(wǎng)中電壓和電流波形的嚴重 失真從而替代了傳統(tǒng)的變壓器等鐵磁材料的非線性引起的諧波成為主要的諧波源電能質量的下降嚴重影響著供用電設備的安全經(jīng)濟運行降低了人們的生活質量世界各國已經(jīng)十分重視電能的質量的管理諧波治理是電能問題的核心內容之一也是現(xiàn)代電力發(fā)展的迫切要求 諧波抑制是提高電能質量保證供用電設備安全可靠運行的重要手段之一減小諧波影響的技術措施可以從兩方面入手一是從諧波源出發(fā)減少諧波的產(chǎn)生二是安裝濾波裝置同時濾波器又主要包含無源濾波器和有源濾波器兩大類無源濾波器僅可對特定諧波進行有效地衰減而出于經(jīng)濟和占地面積方面的考慮濾波器的個數(shù)均是 有限的所以對于諧波含量豐富的場合無源濾波器濾波效果往往不夠理想為了達到更好的濾去電網(wǎng)諧波的目的我們在電網(wǎng)中引入了有源電力濾波器有源電力濾波器的思想最早出現(xiàn)于 19h 的論文中文中描述了通過向交流電源注入三次諧波電流以減少電源中的諧波改善電源電流波形的新方法文中所述的方法被認為是有源電力濾波器思想的誕生 1971年 ida完整描述了有源電力濾波器的基本原理 1976 年美國西屋電氣 Strycula 提供了采用脈沖寬度調制控制的有源電力濾波器確定了主電路的基本拓撲結構和控制方式從原理上闡明了有源電力濾 波器是一種理想的諧波電流發(fā)生器并討論了實現(xiàn)方法和相應的控制原理然而在 20世紀 70年代由于缺少大功率可關斷器件有源電力濾波器除了少數(shù)的實驗研究外幾乎沒有任何進展進入 20世紀 80年代以來新型電力半導體器件的出現(xiàn) PWM技術的發(fā)展尤其是 1983年日本的 HAkagi等人提出了三相電路瞬時無功功率理論以該理論為基礎的諧波和無功電流檢測方法在三相 APF 中得到了成功的應用極大的促進了 APF 的發(fā)展 1982 年第一臺 APF 在日本投入運行 1986年 HAkagi 提出并聯(lián)有源濾波器消除諧波 APF 在這種裝置中相當于一個諧波電流發(fā)生器它跟 蹤負載電流的諧波分量產(chǎn)生與之相反的諧波電流從而抵消了線路中的諧波電流 1987年 Nnkeda等人提出用并聯(lián)有源電力濾波器和并聯(lián)無源濾波器方案在這種電路中有源濾波器仍起諧波補償?shù)淖饔脽o源濾波器分擔大部分諧波因此有源電力濾波器容量很小但這種有源濾波系統(tǒng)在使用時電源與有源電力濾波器及無源濾波器之間存在諧波通道 1988 年 F． Z． Peng 電源 圖 31 有源電力濾波器原理框圖 如圖 31 所示并聯(lián)型有源濾波器的基本工作原理是通過電壓和電流傳感器檢測補償對象 非線性負載 的電壓和電流信號然后經(jīng)指令電流運算單元計算出 補償電流的指令信號再經(jīng) PWM控制信號單元將其轉換為 PWM指令控制逆變器輸出與負載中所產(chǎn)生的諧波或無功電流大小相等相位相反的補償電流最終得到期望的電源電流其中如圖 31 所示電源電流 is 由負載電流 il 和有源濾波器的輸出電流共同組成負載電流又可分解為基波分量和諧波分量之和而基波分量又可分為基波有功分量和基波無功分量之和這樣負載電流可表示為基波有功分量基波無功分量和諧波分量之和如果控制有源濾波器的輸出電流和諧波分量相等那么電源電流中就只剩下基波電流了這樣就達到了抑制諧波的目的上述原理可以用一組公式來表示 31 簡言之并聯(lián)型有源濾波器相當于并聯(lián)在電網(wǎng)上的受控電流源它實時檢測負載電流中的諧波電流并產(chǎn)生與之大小相等而方向相反的補償電流使流入電網(wǎng)的諧波電流基本為零 如果要求有源濾波器在補償諧波的同時補償無功功率則只需要在補償諧波電流的指令信號中增加與負載電流基波無功分量反極性分量即可使得補償電流與負載電流中的諧波及無功分量相互抵消電源電流等于負載電流的基波有功分量公式表達如下 32 32 有源電力濾波器的分類 從不同的角度出發(fā) APF 有不同的分類方法根據(jù)用戶使用的電源類型是直流電源還是交流電源 APF 可分為直流 APF 和交流 APF 根據(jù)接入系統(tǒng)的相數(shù)不同 APF分為單相 APF和三相 APF根據(jù)主電路的形式不同 APF分為單個主電路型和多重疊加主電路型根據(jù)直流側儲能元件的不同 APF又分為電壓型和電流型根據(jù) APF和電網(wǎng)連接方式的不同 APF分為并聯(lián)型串聯(lián)型串并聯(lián)型這是目前對 APF分類的主要方法其中串聯(lián)型和并聯(lián)型又可以繼續(xù)細分為不同的類型如圖 32 所示 圖 32 APF 的分類 33 有源電力濾波器的基本結構 無論有源電力濾波器如何分類它都由幾個共同的部分構成即諧波檢測環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)主電路幾個主要的部分構成 測環(huán)節(jié) 諧波檢測是有源電力濾波器非常關鍵的一環(huán)對于諧波的快速檢測方法我們將在下一章進行具體討論這里主要介紹檢測環(huán)節(jié)的構成及設計中 的關鍵問題圖 33 是諧波檢測環(huán)節(jié)的原理框圖 圖 33 APF 諧波檢測結構框圖 電壓與電流互感器 用于 APF的電壓互感器 PT與電流互感器 CT與一般用于電力系統(tǒng)繼電保護與測量的 PT 與 CT 有一定的區(qū)別即該 PT 與 CT要求精度較高要求精度 02 級以上線性度 好其次要求 PT與 CT具有快的響應特性一般要求信號延時在 10μ s以下最后要求 PTCT 能測量直流信號對于接在系統(tǒng)側的 PT 和 CT 可以不需要測量直流信號但對于接在 APF裝置上的 PT和 CT一定要能測量出直流電壓和電流分量否則在控制過程中裝置的性能可能難以達到要求滿足上述要求的 PT和 CT一般是基于霍爾效應的電壓電流測量模塊接在電網(wǎng)側用于檢測系統(tǒng)諧波電壓或諧波電流的 PT 和CT安裝位置也要根據(jù)實際情況選擇如圖 34所示諧波檢測應該互感器安裝在電網(wǎng)的諧波源側以避免因 APF 補償而影響諧波的變化 圖 34 諧波檢測互感器安裝位置的選擇 預處理環(huán)節(jié) 一般的預處理環(huán)節(jié)是將電壓或電流互感器輸出的電流信號轉化為電壓信號并進行適當?shù)臑V波與放大互感器輸出的信號經(jīng)過轉化環(huán)節(jié)變成電壓信號而由于實際中總存在一定的高頻噪聲因此一般都要對信號進行一定的濾波及進行放大或縮小由于 APF 對諧波信號的延遲非常敏感因此預處理環(huán)節(jié)的延時必須很小否則將影響諧波補償?shù)男Ч麨榇艘箢A處理環(huán)節(jié)的延時為微秒級如小于 10μ s 因為現(xiàn)在 APF的器件開關頻率很高如有的達 20kHz則開關周期為 50μ s因此一旦預處理環(huán)節(jié)延時超過 10μ s 會影響整個 APF 的諧波跟蹤及補償效果 采樣保持與 AD 轉換 APF 對諧波信號的時間同時性要求比較高因此一般情況下應該對所需要的信號進行同步采樣所以需要加采樣保持電路即在同一時刻對輸入的信號進行采樣將采樣的信號保持起來然后可以分別進行 AD 轉換將模擬量轉換為數(shù)字量由于APF 對信號頻率范圍及精度的檢測有較高的要求因此應該根據(jù)濾波器對諧波補償?shù)囊蟠_定采樣保持的頻率及 AD 轉換的速度按照采樣定理信號的采樣頻率必須為信號頻率的 2 倍以上才能復原該信號實際中為了獲得較好的效果一般要求采樣頻率為信號頻率的 4 倍以上才能較好的得到該信號例如如果電力系統(tǒng)要求補償諧波的最高頻率為 21 次諧波 則信號的采樣頻率最好在 4x21x5