【正文】 ....................21第三章 并聯(lián)型有源電力濾波器的設(shè)計 .................................22 概述 ......................................................22 系統(tǒng)電路的設(shè)計 ............................................22 主電路(變流器)設(shè)計 ......................................22 主電路交流側(cè)電感的計算 ..................................25 直流側(cè)電壓計算和電容選取 ................................26 電流電壓檢測設(shè)計 .............................................28 電流檢測電路的設(shè)計 ......................................28 電壓檢測電路的設(shè)計 ......................................28第四章 并聯(lián)型有源電力濾波器的仿真 ..................................29 仿真環(huán)境 .....................................................29 仿真模型的建立 ...............................................29 并聯(lián)型有源電力濾波器系統(tǒng)仿真模型 ........................29 主電路的仿真 ............................................30 諧波電流檢測電路的仿真 ..................................31 仿真結(jié)果 .....................................................32 補償前電網(wǎng)電流仿真波形與分析 ............................32 補償后電網(wǎng)電流仿真波形與分析 ............................33 數(shù)字低通濾波器截止頻率對指令電流精度的影響 ..............35 仿真結(jié)果 ................................................38結(jié)論及展望 .........................................................39參考文獻(xiàn) ...........................................................41致 謝 ............................................................43引 言隨著電力電子技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，電力電子產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，用戶對電能質(zhì)量的要求也越來越高 [1]，而電力電子裝置已經(jīng)成為主要的諧波干擾源，它們造成的危害已經(jīng)引起人們越來越多的關(guān)注。 近 年 來 ， 隨 著 以GTO、 BJT 和 IGBT 為 代 表 的 全 控 型 器 件 向 大 容 量 化 、 高 頻 化 方 向 的 不 斷 發(fā) 展 ， 采用 電 力 電 子 技 術(shù) 的 各 種 有 源 補 償 裝 置 發(fā) 展 很 快 。 但 模 擬 控 制 存 在 電 路 復(fù) 雜 、 控 制 性 能 差 、 易 受 環(huán)境 干 擾 等 缺 點 。 世 界 各 國 都 對 諧 波 問 題 予 以 充 分 的 關(guān) 注 。 把 諧 波 次 數(shù) h 定 義 為 ： 以 諧 波 頻 率 和基 波 頻 率 之 比 表 示 的 整 數(shù) 。1n 次諧波電流含有率以 HRIn 表示 (15)10%nIHR?? —第 n 次諧波電流有效值；I—基波電流有效值。 [3] 諧波的產(chǎn)生和危害電 網(wǎng) 諧 波 來 源 于 三 個 方 面 ： 其 一 是 電 源 質(zhì) 量 不 高 產(chǎn) 生 諧 波 ； 其 二 是 輸 電 網(wǎng)產(chǎn) 生 的 諧 波 ； 其 三 是 用 電 設(shè) 備 產(chǎn) 生 的 諧 波 。 用 電 器 。 波 對 通 信 系 統(tǒng) 和 電 子 設(shè) 備 會 產(chǎn) 生 嚴(yán) 重 的 干 擾 。但是這種方法的主要缺點是，補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)的影響，容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使 LC 濾波器過載甚至燒毀。隨著容量的逐步提高，其應(yīng)用范圍也從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的方向發(fā)展。赤木泰文最初提出的理論亦稱 理論，是以瞬時有功功率 和瞬時無功功率 的定義為基pqpq礎(chǔ)的。ie??? 圖 — 坐標(biāo)系中的電壓、電流矢量 ??定義(2) 三相電路瞬時有功功率 （無功功率 ）為電壓矢量 的模和三pqe相電路瞬時有功電流 (三相電路瞬時無功電流 )的乘積。??定義(6) a、b、c各相的瞬時無功功率 、 、 (瞬時有功功率 、aqbcap、 )分別為該相瞬時電壓和瞬時無功電流(瞬時有功電流)的乘積，即bpc (231)Apeipapa23? (232)bb (233)eicpc2 (234)Apqcbaqa)(?? (235)Apeieqacbqb)(?? (236)bc從以上還可以看出 和 。由上面的分析不難看出，瞬時無功功率理論包含了傳統(tǒng)的無功功率理論，比傳統(tǒng)無功功率理論由更大的適用范圍。例如，當(dāng)需要補償負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流時，有源電力濾波器檢測出補償對象負(fù)載電流 中的諧波成分 ,將其反LiLhi極性后作為補償電流的指令信號 ，這樣由補償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補償電流*Ci與負(fù)載電流中的諧波分量 大小相等、方向相反，因而兩者互相抵消，使得ci Lh電源電流 中只含基波，不含諧波。圖 給出了有源電力濾波器的分類示意圖。圖 三相電流型有源濾波器主電路圖 電壓型有源濾波器主電路 單獨使用的并聯(lián)型有源電力濾波器單 獨 使 用 的 并 聯(lián) 型 有 源 電 力 濾 波 器 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 的 原 理 如 圖 所 示 。 統(tǒng) 阻 抗 和 頻 率 發(fā) 生 波 動 時 ， 不 會 影 響 補 償 效 果 。 滯環(huán)比較方式圖 所示為滯環(huán)比較方式的原理圖。反之，當(dāng)滯環(huán)寬度較小時，雖然跟隨誤差小，但是開關(guān)頻率較高，引起損耗增加。 三角波比較方式圖 所示為三角波比較方式的原理圖。第三章 并聯(lián)型有源電力濾波器的設(shè)計 概述并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，圖中，負(fù)載為諧波源，采用三相橋式不可控整流器，其直流側(cè)為阻感性負(fù)載。有源電力濾波器容量 (32)3ACSEI?E—相 電 壓 有 效 值 ； —補 償 電 流 有 效 值 。驅(qū) 動 欠 壓過 溫過 流短 路溫 度 檢 測CEVINoFGD圖 IPM 內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元智能功率模塊（IPM）的優(yōu)點：。當(dāng)?shù)陀隍?qū)動控制電源（一般為15V）就會造成驅(qū)動能力不夠，增加導(dǎo)通損耗。電 感 的 選 擇 必 須 滿 足 并 聯(lián) 型 有 源 電 力 濾 波 器 對 期 望 諧 波 電 流 的 跟 蹤 能 力 ，電 感 值 L越 大 ， 變 化 越 慢 ， 反 之 ， 則 變 化 越 快 。 因 此 ， 必 須 要 維 持 電 容 電 壓 基 本 保 持 不 變 。 檢 測 電 路 如 圖 所 示 。 圖 并聯(lián)型有源電力濾波器仿真圖 主電路的仿真有源電力濾波器的補償電流 是通過主電路直流側(cè)電容電壓和交流側(cè)電源ci電壓的差值作用于電感上產(chǎn)生的。 補償后電網(wǎng)電流仿真波形與分析補償后，A 相電網(wǎng)電流波形及其頻譜圖如圖 所示，PWM 的開關(guān)頻率為10 。(a) 濾波前的波形圖(b) 濾波后的波形圖(c) A 相基波有功電流波形及頻譜圖圖 截止頻率為 50 時的波形及頻譜圖Hz 低通濾波器截止頻率為 50 時，A 相基波有功電流總畸變率 THD=%。若直流分量含有高次分量，則得到的三相基波電流 、 、 不會是標(biāo)準(zhǔn)的基波正弦，從而直接影響afibfcfi到指令電流的精度。諧波電流檢測電路仿真見圖 ，三相/兩相、兩相/三相變換分別封裝成模塊接到檢測電路中，其內(nèi)部仿真模型分別如圖 、圖 所示。MATLAB 語 言 及 其 SIMULINK 可 視 化 仿 真 平 臺 在 控 制 系 統(tǒng) 仿 真 中 應(yīng) 用 非 常 普 遍 。 它對直流和交流電流都能進(jìn)行檢測，檢測的延遲小于 1us，因此是比較理想的電流檢測元件。*ci 0?t??tdtic*所以，以下考慮 時的情況， 0?t? (35)1cadcaiKUtL?式（358）在 時， 為零， 取最小值發(fā)生在 為 時刻，為滿0?tatic aK31足式（357） ，則有： (36)min3cdcUktL??即電感應(yīng)滿足： (37)dck?其次，電感的選擇必須保證補償電流超調(diào)不宜過大，若允許的最大電流誤差范圍為 ，則有：I? (38)Itdic???在 取最大值 的時刻，有：dtic0?t? (39)max23cdcdiUttItL?????所以有： (310)23dcfI??綜合式（360） 、 （363）可得電感的取值范圍為： (311)23dcdcULfIk? 直流側(cè)電壓計算和電容選取 有源電力濾波器正常工作時，實際補償電流在指令電流兩側(cè)呈鋸齒波狀跟隨其變化，對于 A 相，根據(jù)式（31a） ，當(dāng) 時，有源電力濾波器 A 相橋臂的*cai?上開關(guān)器件應(yīng)該導(dǎo)通，下開關(guān)器件應(yīng)該關(guān)斷，Ka 為 1/3 或 2/3。體積相應(yīng)小。在靠近IGBT的絕緣基板上安裝了一個溫度傳感器，當(dāng)基板過熱時，IPM內(nèi)部控制電路將截止柵級驅(qū)動，不響應(yīng)輸入控制信號；。IPM 是采用微電子技術(shù)和先進(jìn)的制造工藝，把智能功率集成電路與微電子器件及外圍功率器件組裝成一體，它不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起，而且還內(nèi)藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路。 主 電 路 的 工 作 情 況 是 由 主 電 路 中 6 組 開 關(guān) 器件 的 通 斷 組 合 所 決 定 的 。 圖 三角波比較方式原理圖與滯環(huán)比較方式相比，該方式具有如下特點：（1）輸出電流所含諧波較少，但是含有與三角載波相同頻率的諧波；（2）器件的開關(guān)頻率固定，且等于三角載波的頻率，這要優(yōu)于滯環(huán)控制；（3）放大器的增益有限；（4）電流響應(yīng)比瞬時值比較方式慢；（5）跟隨誤差范圍不確定。 圖 定時比較方式原理圖 這種方式不用滯環(huán)比較器，而是設(shè)置一個固定的時鐘，以固定的采樣周期對指令信號和被控制變量進(jìn)行采樣，并根據(jù)二者偏差的極性來控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，使被控量跟蹤指令信號。但誤差超過上、下限（由滯環(huán)寬度決定）時開關(guān)立即動作，從而使實際電流始終保持在滯環(huán)帶內(nèi)，圍繞其參考滯環(huán)上下波動。 [6] 有源電力濾波器的控制方法有源電力濾波器要求補償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補償電流實時跟蹤指令電流信號的變化，因此電流控制電路通常采用跟蹤型 PWM 控制方式。在這種方式中，只要采用適當(dāng)?shù)目刂品椒ň涂梢赃_(dá)到多種補償?shù)哪康?，本文也主要是討論這種類型的濾波器。 電 壓 型 有 源 電 力濾 波 器 的 工 作 原 理 是 根 據(jù) 檢 測 信 號 產(chǎn) 生 PWM 輸 出 電 壓 ， 再 經(jīng) 交 流 側(cè) 電 抗 器 轉(zhuǎn) 換 成所 需 要 的 補 償 電 流 。 [5]1?由此可知，有源補償裝置實現(xiàn)的關(guān)鍵是：諧波電流的檢測；適當(dāng)?shù)目刂品椒?；主電路的設(shè)計。其中，指令電流運算電路的核心是檢測出補償對象中的諧波和無功等電流分量，因此有時也稱之為諧波和無功電流檢測電路。當(dāng)三相電壓、電流為對稱正弦波時，設(shè) (237)sinameEt?? 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