【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 相瞬時(shí)無(wú)功功率 （222）a相瞬時(shí)有功功率 （223）b相瞬時(shí)有功功率 （224）c相瞬時(shí)有功功率 （225）2. 1. 3 坐標(biāo)變換在各種無(wú)功電流檢測(cè)法中，基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論和變換的無(wú)功電流檢測(cè)方法因其具有良好的檢測(cè)精度和響應(yīng)速度且能夠同時(shí)檢測(cè)諧波電流和無(wú)功電流，從而得到廣泛的應(yīng)用。正向變換——，再由通過變換為有功電流和無(wú)功電流。 （226）其中 .反向變換——先將有功電流和無(wú)功電流通過變換為坐標(biāo)系下的電流，再通過變換為對(duì)應(yīng)的三相電流。 （227） 式中 （228） 三相四線制系統(tǒng)中基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的檢測(cè)方法 法檢測(cè)電流 經(jīng)低通濾波器（LPF）得 p 、q的直流分量。電網(wǎng)電壓波形無(wú)畸變時(shí)， 為基波有功電流與電壓作用所產(chǎn)生，為基波無(wú)功電流與電壓作用所產(chǎn)生。于是，由 、即可計(jì)算出被檢測(cè)電流、的基波分量、。將、與、相減，即可得、出的諧波分量、。指令運(yùn)算方法的原理如圖2—2所示。 指令運(yùn)算法原理圖 （229）當(dāng) APF 同時(shí)用于補(bǔ)償諧波和無(wú)功時(shí)，就需要同時(shí)檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象中的諧波和無(wú)功電流。在這種情況下，只需要斷開圖 中計(jì)算q的通道即可。這時(shí)，由 即可計(jì)算出被檢測(cè)電流、的基波有功分量、為： （230）將、與、相減，即可得出、的諧波分量和基波無(wú)功分量之和、。下標(biāo)中的d表示由檢測(cè)電路得出的檢測(cè)結(jié)果。由于采用了低通濾波器(LPF)求取、故當(dāng)被檢測(cè)電流發(fā)生變化時(shí)，需經(jīng)一定延遲時(shí)間才能得到準(zhǔn)確的、從而使檢測(cè)結(jié)果有—定延時(shí)。但當(dāng)只檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)，則不需低通濾波器。而只需直接將q反變換即可得出無(wú)功電流，這樣就不存在延時(shí)了，得到的無(wú)功電流如下式所示： （231）2．2．2 指令運(yùn)算方法指令運(yùn)算方法的原理如圖22所示。 算法原理基于無(wú)功電流實(shí)時(shí)檢測(cè)的具體步驟如下： （1）基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的電流檢測(cè)方法是將相電壓經(jīng)過一個(gè)鎖相環(huán)（Phase Locked Loop 簡(jiǎn)稱 PLL）和一個(gè)正、余弦發(fā)生器得到與電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)。（2）將負(fù)載側(cè)的三相電流進(jìn)行CLARK坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)變?yōu)樽鴺?biāo)下的兩相坐標(biāo)，求出靜止兩相坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)有功電流分量與無(wú)功電流分量。（3）使電流的無(wú)功分量經(jīng)過低通濾波器得到電流的基波無(wú)功分，然后將經(jīng)過 PARK 逆變換得到坐標(biāo)下的基波無(wú)功分量電流。（4）最后將無(wú)功分量電流經(jīng)過 CLARK 逆變換得到相應(yīng)的三相坐標(biāo)的基波無(wú)功電流。（5）對(duì)于三相四線制和單相電路中的無(wú)功電流檢測(cè)，都可以先轉(zhuǎn)換為三相三線，然后重復(fù)上述步驟完成無(wú)功電流的檢測(cè)。 （232） 式中， 。、經(jīng)過低通濾波器(LPF)濾波后得到直流分量、由、經(jīng)反變換便可求出負(fù)載電流的基波分量、。 （233）將、與、相減，便可求得、的諧波分量、。 諧波分量的處理 根據(jù)對(duì)稱分量法，三相四線不平衡系統(tǒng)的負(fù)載電流除了含有基波正序分置外，還含有基波零序，基波負(fù)序和高次諧波分量。根據(jù)補(bǔ)償目標(biāo)，負(fù)載電流的,和，都要補(bǔ)償?shù)簟?對(duì)基波零序分量的處理 系統(tǒng)首先經(jīng)坐標(biāo)變換由坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化到正交坐標(biāo)系中，此變換是可逆的。 （234） （235） 在正交坐標(biāo)系中，根據(jù)式(2—3)，0軸對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的零序分量(包含基波零序分量)，而，映射到聲坐標(biāo)平面內(nèi)。由于在補(bǔ)償之列，在正交坐標(biāo)系中可以把，去掉，而不影響算法的正確性。經(jīng)過后面的減法，還會(huì)在指令電流中出現(xiàn)，式如下。 對(duì)基波負(fù)序分量和高次諧波分量的處理 和同在盧正交坐標(biāo)系中，根據(jù)補(bǔ)償目標(biāo)，和也要被補(bǔ)償?shù)?。由于在CLARKE變換中，系統(tǒng)被處理掉，這里只有諧波正序和諧波負(fù)序分量。同三相三線系統(tǒng)一樣，經(jīng)過PARK變換后，只有變?yōu)橹绷?。通過選擇LPF合適的截止頻率，便可以濾掉。經(jīng)過PARK反變換和CLARKE反變換可以得到目標(biāo)電流。當(dāng)補(bǔ)償目標(biāo)為時(shí)，以上分析從理論上說明了在三相三線系統(tǒng)中廣為應(yīng)用的瞬時(shí)無(wú)功理論在三相四線系統(tǒng)中完全適用。法、法和dq法都可推廣到三相四線系統(tǒng)。 運(yùn)算方式和運(yùn)算方式的優(yōu)缺點(diǎn) 運(yùn)算方式和 運(yùn)算方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 當(dāng)電源電壓無(wú)畸變或畸變可以忽略的情況下，運(yùn)算方式和運(yùn)算方式均能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出諧波電流。運(yùn)算方式需把三相電壓變換至坐標(biāo)下，計(jì)算量稍大一些；、運(yùn)算方式則只需用一個(gè)鎖相環(huán)來產(chǎn)生正余弦信號(hào)。 在電源電壓畸變的情況下，運(yùn)算方式中,、 不僅有基波電壓電流相作用的成分，而且還含有高次電壓和電流相作用的成分,因此將、反變換后得到的電流不僅包含基波電流，還包含諧波電流，故運(yùn)算方式不能準(zhǔn)確檢測(cè)出諧波的大小。運(yùn)算方式用鎖相環(huán)產(chǎn)生正弦信號(hào)，與電壓無(wú)關(guān)，因此運(yùn)算方式在電壓發(fā)生畸變時(shí)仍能準(zhǔn)確地檢測(cè)出系統(tǒng)的諧波電流。第三章 并聯(lián)型三相四線制補(bǔ)償電流發(fā)生電路方案選擇 補(bǔ)償電流發(fā)生電路由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路三個(gè)部分構(gòu)成。在這三部分中首先需要對(duì)主電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)主電路時(shí)，首先需確定主電路的形式，之后確定選擇什么樣的主電路，電流跟蹤方式；再按所選的器件和電流跟蹤方式設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，并設(shè)計(jì)整個(gè)裝置的各種保護(hù)電路。 三相四線制系統(tǒng)APF主電路形式和結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì) 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。常用的 APF 主電路形式可分為四相變流器和三相變流器兩種形式 。 目前，三相三線制 APF 己經(jīng)成功地在一些工業(yè)中得到應(yīng)用。三相四線制 APF的拓?fù)潆m然早在 80 年代就有了介紹，但在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用仍然處于研究階段，還有許多問題需要研究和解決。隨著三線四線制系統(tǒng)在整個(gè)電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波的比重越來越大，研究如何用 APF 對(duì)三相四線制系統(tǒng)諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償有重要意義。 四相變流器結(jié)構(gòu)形式 在三相四線制系統(tǒng)中，APF 除了要對(duì)三相電源電流諧波進(jìn)行補(bǔ)償外，還要對(duì)零線電流進(jìn)行抑制，使三相電源電流對(duì)稱，消除零線電流。具體來說，就是要使指令電流運(yùn)算電路快速準(zhǔn)確檢測(cè)出負(fù)載側(cè)電流中的諧波、基波負(fù)序等電流分量；而主電路也要能精確地按照指令電流信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流。指令信號(hào) 由前面所述檢測(cè)法檢測(cè)出的系統(tǒng)零線電流反極性得到。產(chǎn)生的零線補(bǔ)償電流 與負(fù)載零線電流相抵消，使得電源側(cè)零線電流為零。采用四相變流器 APF 所示，從以上分析和文獻(xiàn)的介紹可知，采用四相變流器時(shí)的主電路分工明確，各相補(bǔ)償電流的產(chǎn)生和零線電流的補(bǔ)償可以看作是由各對(duì)橋臂獨(dú)立完成的，由于采用了一對(duì)開關(guān)管直接控制零線電流的補(bǔ)償，因此零線的補(bǔ)償效果較好。整個(gè)系統(tǒng)可看作是一個(gè)四相電流跟蹤控制系統(tǒng)。主電路直流側(cè)電容上的電壓控制也可仿照三相三線制系統(tǒng)直流側(cè)電壓控制的方法進(jìn)行。 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(fù)載之間的連線圖。圖中，三相電源的零線與直流側(cè)兩個(gè)相同電容器中點(diǎn)相連，給零線電流提供通道。三相變流器結(jié)構(gòu)形式的三相四線制 APF 對(duì)零序電流的控制是一種間接方式。從結(jié)構(gòu)上看，三相變流器比四相變流器采用的開關(guān)管數(shù)目少。但從控制的角度來說，由于零線電流在兩個(gè)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。采用三相變流器由于所用器件少，因而更經(jīng)濟(jì)一些，所以本設(shè)計(jì)采用后一種方式，文中的設(shè)計(jì)和仿真分析均是針對(duì)三相變流器 APF 進(jìn)行的。 電容中點(diǎn)型APF主電路模型3. 2 三相四線并聯(lián)型有源電力濾波器主電路的參數(shù)選擇 三相四線制并聯(lián)型有源電力濾波器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定后,另一項(xiàng)重要的工作就是主電路參數(shù)的選擇。系統(tǒng)的一些參數(shù)的選擇及設(shè)計(jì)是相互聯(lián)系、相互制約的,不能由一個(gè)簡(jiǎn)單的目標(biāo)函數(shù)直接求得,要重點(diǎn)考慮主要參數(shù)的極限值,結(jié)合約束條件進(jìn)行合理選擇。3. 2. 1主電路容量的確定 有源電力濾波器的容量由下式計(jì)算 （31）式中：U為電網(wǎng)相電壓的有效值，為補(bǔ)償電流的有效值。 由電網(wǎng)電壓有效值，和補(bǔ)償電流有效值決定。而電網(wǎng)電壓有效值一般是不變的，因此只與補(bǔ)償電流的有效值有關(guān)。而的大小與補(bǔ)償?shù)囊笠约柏?fù)載的容量大小均有關(guān)系。當(dāng)有源電力濾波器只補(bǔ)償負(fù)載電流中諧波成分時(shí)，則有，此時(shí)，裝置容量取決于負(fù)載電流中諧波電流所占的比例。假如補(bǔ)償裝置所接負(fù)載的容量為100kVA，以三相整流電路為例，其交流側(cè)負(fù)載電流中的諧波分量有效值約所占總有效值的比例為25%，因此有源電力濾波器的容量至少要為負(fù)載容量的25%，即25kVA。若有源電力濾波器在補(bǔ)償諧波的同時(shí)還補(bǔ)償無(wú)功電流，則滿足要求的容量還需更大。綜合考慮上述因素，本課題樣機(jī)確定容量為。3. 2. 2 系統(tǒng)開關(guān)頻率 為了能夠更好地補(bǔ)償諧波電流，開關(guān)管的開關(guān)頻率越高越好(理論上要大于兩倍的諧波最高頻率)，但開關(guān)管的頻率過高又會(huì)帶來其他方面的負(fù)面影響。例如，開關(guān)損耗過大。所以脈寬調(diào)制選擇了電流滯環(huán)控制技術(shù)，該技術(shù)的特點(diǎn)是:開關(guān)頻率是變化的。通過參考文獻(xiàn)，調(diào)制頻率與環(huán)寬的關(guān)系如下: （31） （32）上式中:HB為滯環(huán)寬度，為電容總電壓，L為交流進(jìn)線電感。 （33）式中:為A相指令電流信號(hào) 由（32）可知，當(dāng)滯環(huán)寬度HB固定時(shí)，調(diào)制頻率的取值范圍由電容電壓和指令電流斜率m的變化來確定。由（33）式可以估算出系統(tǒng)調(diào)制頻率最高可達(dá)20KHZ。