【正文】 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。 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 。同三相三線系統(tǒng)一樣，經過 PARK變換后，只有 ?1I 變?yōu)橹绷鳌?qp ii ? 運算方式用鎖相環(huán)產生正弦信號，與電壓無關，因此 本科生畢業(yè)論文 20 qp ii ? 運算方式在電壓發(fā)生畸變時仍能準確地檢 測出系統(tǒng)的諧波電流。隨著三線四線制系統(tǒng)在整個電網(wǎng)中產生諧波 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。 圖 三相四橋 APF主電路 三相變流器結構 圖 為采用三相變流器 APF 主電路與負載之間的連線圖。 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。 3. 2. 2 系統(tǒng)開關頻率 本科生畢業(yè)論文 23 為了能夠更好地補償諧波電流，開關管的開關頻率越高越好 (理論上要大于兩倍的諧波最高頻率 )，但開關管的頻率過高又會帶來其他方面的負面影響。若忽略開關損耗，和交流進線電感的阻抗，且假定 21 cc UU ? 。實際上，電容電壓值不可能是恒定的的，逆變過程中由于電容電壓的波動會產生紋波，紋波又會使變流器產生諧波，而較大紋波所形成的浪涌電壓或電流可能會燒毀電容器。若電抗器 L太大，則跟蹤電流變化緩漫，會導致跟蹤電流和參考電流之間誤差較大，會影響 SAPF對補償電流的跟蹤控制能力 :若電抗器 L太小，補償電流中紋波過大，使濾波器的輸出電流相對于期望的補償電流有很大的超調，且易形成毛刺 。這時就需要對諧波電流進行跟蹤。將 ci? 放大再與三角波比較，誤差較大。 圖 三相四線不平衡諧波源 如果有需要還可構造畸變 電壓模型。 在諧波電流檢測模塊中低通濾波器的設計很重要的，若濾波器。非線性負載本文采用的是典型的直流側帶阻感負載的三相二極管整流橋，在仿真不平衡系統(tǒng)時，可在 C相和中線上加一個單相整流負載，由這些來組成諧波源。 相比較三種方式滯環(huán)比較有其突出的優(yōu)點： 1) 電路簡單。 三角波比較方式 a） 滯環(huán)比較方式 原理圖如下所示 圖 滯環(huán)比較方式 H為滯環(huán)比較寬度。對于交流進線電感 L的選擇必須綜合考慮以 上幾個因素。所以電容容量的選擇應按照系統(tǒng)運行于最壞情況下進行。 為計算方便，采用經驗算法，為使 APF能正常工作，直流側電壓必須滿足 ABDC UU 2? ，其中 ABU 為電網(wǎng)線電壓的有效值。所以脈寬調制選擇了電流滯環(huán)控制技術，該技術的特點是 :開關頻率是變化的。而電網(wǎng)電壓有效值一般是不變的，因此 AS 只與補償電流的有效值 cI 有關。三相變流器結構形式的三相四線制 APF 對零序電流的控制是一種間接方式。具體來說，就是要使指令電流運算電路快速準確檢測出負載側電流中的諧波、基波負序等電流分量；而主電路也要能精確地按照指令電流信號產生對應的補償電流。在這三部分中首先需要對主電路進行設計。經過 PARK反變換和 CLARKE反變換可以得到目標電流 ?1I 。 對基波零序分量的處理 本科生畢業(yè)論文 19 系統(tǒng)首先經坐標變換由 cba ?? 坐標系轉化到 0???? 正交坐標系中，此變換是可逆的。 （ 3）使電流的無功分量經過低通 濾波器得到電流的基波無功分 1qi ，然后將 1qi經過 PARK 逆變換得到 ??坐標下的基波無功分量電流 qfqf ii ?? 、 。這時，由 p 即可計算出被檢測電流 ai 、 bi 、 ci 的基波有功分量 apfi 、 bpfi 、 cpfi 為： ????????????????????0123pCCiiipqcpfbpfapf （ 230） 將 apfi 、 bpfi 、 cpfi 與 ai 、 bi 、 ci 相減，即可得出 ai 、 bi 、 ci 的諧波分量和基波無功分量之和 adi 、 bdi 、 cdi 。 ????????????? ? qppq iiCii 1?? （ 227） 式中 pqpq CC ??1 ???????????????????iiCiiicfbfaf23 （ 228） 本科生畢業(yè)論文 17 三相四線制系統(tǒng)中基于瞬時無功功率理論的檢測方法 qp? 法檢測電流 經低通濾波器（ LPF）得 p 、 q的直流分量。 1）、在αβ坐標系中，電流矢量 i 在電壓矢量 e 上的投影為三相電路瞬時有功電流 pi ，電流矢量 i 在電壓矢量 e 法線上的投影為三相瞬時無功電流 qi 。的三相正弦交流電，那么在空間上會建立旋轉磁場，且此旋轉磁場的角速度為 ω；若將時間上相差 90176。 （ 4）在 MATLAB/Simulink條件下進行系統(tǒng)仿真。本文推導出了正交坐標系中求取電網(wǎng)電壓正、負序分量的 變換矩陣，用了 qp ii? 算法。 應用情況 我國在電力有源濾波器方面的研究起步較晚。大多是并聯(lián)型有源電力濾波器。而三相四線制系統(tǒng)在工業(yè)、辦公及民用住宅、城市供電、工廠供電等電力輸配電系統(tǒng)中廣為應用。 1976年美國西屋電器公司的 L． Gyugyi和 E． C． Strycula在文 [2]中提出了應 用 PWM逆變器構成有源電力濾波器。 (2)可同時補償諧波與無功，也可單獨補償諧波。因有源電力濾波器成本較高，近年來，混合型有源電力濾波器由于其成本合理和較好的性能也受到了人們的關注。 諧波問題日益嚴重， 如何對諧波進行抑制，成為眾多科研工作者的研究課題。 諧波對電力系統(tǒng)中的其它用電設備，尤其是一些精密儀器影響嚴重，其危害 主要表現(xiàn)在以下幾方面： (1)電力方面的危害： 1)諧波容易引起電網(wǎng)與無功補償電容器之間的串聯(lián)或并聯(lián)諧振。它們產生的諧波對電網(wǎng)影響最為嚴重，被稱為電網(wǎng)中“公害”。導致電能質量 的惡化。 本科生畢業(yè)論文 1 摘 要 隨著電力電子裝置大量的應用到生產生活當中，它們使電能的轉換應用變得更加容易，但同時也給電力系統(tǒng)帶來了嚴重的諧波污染。而今，隨著電力電子技術的發(fā)展，各種非線性電力電子設 備投入電網(wǎng)，它們產生的大量的諧波與無功電流也隨之注入電網(wǎng)。如整流器、交流調壓器、通用變頻器等。雖然它們的容量不大，但數(shù)量眾多，它們對電網(wǎng)造成的諧波污染也越來越嚴重。 3)因目前很多電能測量儀表是電動式電度表，這種測量儀表是在純正弦波情況下進行校驗的，因此諧波會使儀表產生測量誤差。諧波補償裝置經歷了從無源電力濾波器 (Passive Power Filter)到有源電力濾波器 (Active Power Filter)的發(fā)展。 圖 無源電力濾波器原理圖 本科生畢業(yè)論文 7 與無 源濾波器相比，有源電力濾波器 (APF)具高度的可控性和快速的響應性，其主要優(yōu)點如下： (1)實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和幅值都變化的諧波以及變化的無功功率 進行實時補償，對補償對象的變化有極快的響應。該方法便是有源電力 濾波思想的雛型。 到目前為止，多數(shù)有源電力濾波器的研究工作是在三相三線制系統(tǒng)中進行的?；厩闆r如下： 1)使用的類型 從實際投入的設備來看，在 355臺設備中．僅有 4臺設備與負載連接為串聯(lián)型或串聯(lián)混臺型。在這 355臺設備中有 76臺附有補償基波無功的功能。為解決電網(wǎng)電壓不平 衡對 pq算法的影響。 （ 3）有源電力濾波器的各部分結構的設計。的同步電機定子 abc 三相繞組中通過時間上相差 120176。 ?????????????????cbaeeeCee 32?? （ 21） ?????????????????cbaiiiCii 32?? （ 22） 式中 ，????????????2/3 212/3 21013232C 本科生畢業(yè)論文 13 βαiαiee βe αi βi qi pi q αi q βi p αi p β0φ eφφ i 圖 αβ坐標系中的電壓、電流矢量 如上圖中 ??坐標系下的電壓、電流矢量關系所示，電壓、電流矢量 e 、 i 可分別分解為 ??坐標軸上的 ?e 、 ?e 和 ?i 、 ?i ，即可用以下兩個式子表示： ?????????????ieiiiieeee?????? （ 23） 根據(jù)三相瞬時無功功率理論，對圖中的電壓、電流矢量關系進行分析，就可以得到瞬時無功功率理論對有功電流、無功電流以及有功功率、無功功率的定義。 ????????????? ??iiCii pqqp （ 226） 其中 ?????? ???? ttttCpq ???? s inc o sc o ss in . 反向變換 —— 先將有功電流 pi 和無功電流 qi 通過 1C?pq 變換為 ?? 坐標系下的電流 ?? ii、 ，再通過 23C 變換為對應的三相電流 cfbfaf iii 、 。在這種情況下，只需要斷開圖 中計算 q的通道即可。 （ 2）將負載側的三相電流 cba iii 、 進行 CLARK 坐標變換轉變?yōu)???坐標下的兩相坐標，求出 ??靜止兩相坐標系對應有功電流分量與無功電流分量。根據(jù)補償目標，負載電流的 ?1I , 01I 和， ?1I 都要補償?shù)簟Ｍㄟ^選擇 LPF合適的截止頻率 ?1I ， hI 便可以濾掉。 第三章 并聯(lián)型三相四線制補償電流發(fā)生電路方案選擇 補償電流發(fā)生電路由電流跟蹤控制電路、驅動電路和主電路三個部分構成。 四相變流器結構形式 在三相四線制系統(tǒng)中， APF 除了要對三相電源電流諧波進行補償外，還要對零線電流進 行抑制，使三相電源電流對稱，消除零線電流。圖中，三相電源的零線與直流側兩個相同電容器中點相連，給零線電流提供通道。 AS 由電網(wǎng)電壓有效值 mU ， 和補償電流有效值 cI 決定。例如，開關損耗過大。再結合以下關系綜合考慮 則 n=1 時： ? ?? ?22132 mmDC ULIU ?? ? （ 34） n=2 時： ? ?mnmDC ULInU ?? ?32 （ 35） 式中 : n為諧波次數(shù)， ? 為基波角頻率， L 為交流進線電感， mU 基波電壓幅值， nmI為 n次諧波電流幅值。 電容 C的選擇應使電容電壓的紋波限定在一定的范圍之內，典型為 :1%2%。另外， L如果太小，開關管開通關斷引起的波動將會使電網(wǎng)電壓中產生諧波，嚴重影響電網(wǎng)電壓質量。電流跟蹤控制電路有兩種方式，一是瞬時值比較方式；二是三角波比較方式。輸出電壓中諧波少，但含有與三角波同頻率的諧波。如圖 ， ThreePhase Series RLC Branch模塊為系統(tǒng)線路的電感、電阻和電容值，他們都