【文章內(nèi)容簡介】 （222）a相瞬時有功功率 （223）b相瞬時有功功率 （224）c相瞬時有功功率 （225）2. 1. 3 坐標(biāo)變換在各種無功電流檢測法中，基于瞬時無功功率理論和變換的無功電流檢測方法因其具有良好的檢測精度和響應(yīng)速度且能夠同時檢測諧波電流和無功電流，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功電流。 （226）其中 .反向變換——先將有功電流和無功電流通過變換為坐標(biāo)系下的電流，再通過變換為對應(yīng)的三相電流。 （227） 式中 （228） 三相四線制系統(tǒng)中基于瞬時無功功率理論的檢測方法 法檢測電流 經(jīng)低通濾波器（LPF）得 p 、q的直流分量。電網(wǎng)電壓波形無畸變時， 為基波有功電流與電壓作用所產(chǎn)生，為基波無功電流與電壓作用所產(chǎn)生。于是，由 、即可計算出被檢測電流、的基波分量、。將、與、相減，即可得、出的諧波分量、。指令運算方法的原理如圖2—2所示。 指令運算法原理圖 （229）當(dāng) APF 同時用于補(bǔ)償諧波和無功時，就需要同時檢測出補(bǔ)償對象中的諧波和無功電流。在這種情況下，只需要斷開圖 中計算q的通道即可。這時，由 即可計算出被檢測電流、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功分量之和、。下標(biāo)中的d表示由檢測電路得出的檢測結(jié)果。由于采用了低通濾波器(LPF)求取、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、從而使檢測結(jié)果有—定延時。但當(dāng)只檢測無功電流時，則不需低通濾波器。而只需直接將q反變換即可得出無功電流，這樣就不存在延時了，得到的無功電流如下式所示： （231）2．2．2 指令運算方法指令運算方法的原理如圖22所示。 算法原理基于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電流檢測方法是將相電壓經(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。（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)系對應(yīng)有功電流分量與無功電流分量。（3）使電流的無功分量經(jīng)過低通濾波器得到電流的基波無功分，然后將經(jīng)過 PARK 逆變換得到坐標(biāo)下的基波無功分量電流。（4）最后將無功分量電流經(jīng)過 CLARK 逆變換得到相應(yīng)的三相坐標(biāo)的基波無功電流。（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。 （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，還會在指令電流中出現(xiàn)，式如下。 對基波負(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)簟Ｓ捎谠贑LARKE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，以上分析從理論上說明了在三相三線系統(tǒng)中廣為應(yīng)用的瞬時無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)。 運算方式和運算方式的優(yōu)缺點 運算方式和 運算方式的優(yōu)缺點如下： 當(dāng)電源電壓無畸變或畸變可以忽略的情況下，運算方式和運算方式均能夠準(zhǔn)確地檢測出諧波電流。運算方式需把三相電壓變換至坐標(biāo)下，計算量稍大一些；、運算方式則只需用一個鎖相環(huán)來產(chǎn)生正余弦信號。 在電源電壓畸變的情況下，運算方式中,、 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，故運算方式不能準(zhǔn)確檢測出諧波的大小。運算方式用鎖相環(huán)產(chǎn)生正弦信號，與電壓無關(guān)，因此運算方式在電壓發(fā)生畸變時仍能準(zhǔn)確地檢測出系統(tǒng)的諧波電流。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)動電路和主電路三個部分構(gòu)成。在這三部分中首先需要對主電路進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計主電路時，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)計驅(qū)動電路，并設(shè)計整個裝置的各種保護(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 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)在整個電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波的比重越來越大，研究如何用 APF 對三相四線制系統(tǒng)諧波和無功進(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 除了要對三相電源電流諧波進(jìn)行補(bǔ)償外，還要對零線電流進(jìn)行抑制，使三相電源電流對稱，消除零線電流。具體來說，就是要使指令電流運算電路快速準(zhǔn)確檢測出負(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產(chǎn)生對應(yīng)的補(bǔ)償電流。指令信號 由前面所述檢測法檢測出的系統(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橋臂獨立完成的，由于采用了一對開關(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。整個系統(tǒng)可看作是一個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)兩個相同電容器中點相連，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)計采用后一種方式，文中的設(shè)計和仿真分析均是針對三相變流器 APF 進(jìn)行的。 電容中點型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)計是相互聯(lián)系、相互制約的,不能由一個簡單的目標(biāo)函數(shù)直接求得,要重點考慮主要參數(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，則有，此時，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)償諧波的同時還補(bǔ)償無功電流，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 由（32）可知，當(dāng)滯環(huán)寬度HB固定時，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。3. 2. 3電容總