【導(dǎo)讀】更加容易，但同時也給電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染。目前，并聯(lián)有源電力濾。在三相四線制電力系統(tǒng)中除了無功和諧波需要治理，負(fù)載不平衡問題也變得。日益突出，因此，本文研究與設(shè)計適用于三相四線制下的SAPF來解決這些問題。算法，論證它無需改進(jìn)即可直接應(yīng)用到三相四線制系統(tǒng)里；選擇了滯。環(huán)比較法作為補償電流的控制策略；采用了三橋臂變流器作為SAPF的主電路。對SAPF和所要補償?shù)南到y(tǒng)進(jìn)行了整體仿真，結(jié)果證明在所選參。不平衡負(fù)載有很好的平衡作用；進(jìn)而也說明檢測方法正確，控制策略得當(dāng)。

　　

【正文】 %， llhc III %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 器在補償諧波的同時還補償無功電流，則滿足要求的容量還需更大。 綜合考慮上述因素，本課題樣機確定容量為 kVASA 15? 。 3. 2. 2 系統(tǒng)開關(guān)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(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 : ???????? ??2dcswdc UmLf UHB （ 31） ? ? ???????? ??2dcdcsw U LmLHB Uf （ 32） 上式中 :HB為滯環(huán)寬度， dcU 為電容總電壓， L為交流進(jìn)線電感。 dtdim a?? （ 33） 式中 : ?ai 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 swf 的取值范圍由電容電壓 dcU 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電容總電壓的選擇 電容電壓不能選的過低，過低會嚴(yán)重影響補償?shù)男Ч?。電容電壓也不宜選的過高，過高的電容電壓雖然能夠產(chǎn)生較高的 dtdi ，雖然能改善補償效果，但它也能使有源濾波器產(chǎn)生的紋波增大。若忽略開關(guān)損耗，和交流進(jìn)線電感的阻抗，且假定 21 cc UU ? 。再結(jié)合以下關(guān)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(jìn)線電感， mU 基波電壓幅值， nmI為 n次諧波電流幅值。 為計算方便，采用經(jīng)驗算法，為使 APF能正常工作，直流側(cè)電壓必須滿足 ABDC UU 2? ，其中 ABU 為電網(wǎng)線電壓的有效值。在本次的樣機實驗條件下， ABU為 380V， DCU 須滿足 VUDC 538? ， DCU 取為 800V 。而在實際應(yīng)用中，要留有一定的欲度，直流電容的額定電壓值要高于系統(tǒng)運行時的實際電壓值。綜合考慮實際因素，根據(jù)目前市場上普遍使用的電解電容的型號，選擇 VUDC 800? ，通過串聯(lián)的兩個電容來實現(xiàn)。 本科生畢業(yè)論文 24 3. 2. 4 電容選擇準(zhǔn)則和參數(shù)選擇 SAPF的工作在某種意義上就是直流側(cè)電容的充、放電的過程，所以其直流側(cè)電容電壓值必須維持基本不變，才能保證濾波器的正常工作。在三相逆變中，電容起電壓支撐的作用，作為直流電源為逆變提 供能量，還可以濾除整流產(chǎn)生的部分紋波。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(chǎn)生紋波，紋波又會使變流器產(chǎn)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。 電容 C的選擇應(yīng)使電容電壓的紋波限定在一定的范圍之內(nèi)，典型為 :1%2%。所以電容容量的選擇應(yīng)按照系統(tǒng)運行于最壞情況下進(jìn)行。可參考以下關(guān)系式進(jìn)行討論選擇 : ? ? ? ?DCcbajjnsjDCDCDC CUdtiuuuU ?????????????? ?? ,m i nm a x （ 36） 其中 n=3,5,7... 定義電容電壓紋波百分比 DCDCu UUr ?? （ 37） 2,DCucbajjnsjUrdtiuC ??????????? ?? （ 38） ?????? ??? ? ?? cbaj jnsj dtiv, （ 39） 由此可知電容容量與負(fù)載類型有關(guān)，式 （ 39） 的功率成份與補償目標(biāo)有關(guān)，但考慮到上式的計算討論過程比較復(fù)雜，通常電容量的選擇可按如下經(jīng)驗公式求得。 FKU IC DC ?? 61 0 ?? （ 310） 式中 : 0I 為變流器的額定電流 , 1? 為逆變器輸出電壓的基波角頻率 , DCU 為額定狀態(tài)下的直流側(cè)電容總壓 ,K為直流側(cè)電容電壓的波動系數(shù) (正常運行狀態(tài)下 )，取值為 。 取 ： AI 250? ， ??? 10021 ?? f （ f 為為電網(wǎng)基波頻率 50HZ）， VU DC 800? ，k=。 FC ?? 6 ??? ??? （ 311） 根據(jù)計算與仿真分析選擇 FC ?? ，因為直流側(cè)有兩個電容串聯(lián)所以確定 本科生畢業(yè)論文 25 FCC ?398011 ?? 。 3. 2. 5 交流進(jìn)線電感選擇準(zhǔn)則和參數(shù)選擇 SAPF通過電抗器向系統(tǒng)注入或吸收電流，因此電抗器的大小決定了變流器所能流過的最大電流值，影響了有源電力濾波器的補償效果。若電抗器 L太大，則跟蹤電流變化緩漫，會導(dǎo)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(diào)，且易形成毛刺 。另外， L如果太小，開關(guān)管開通關(guān)斷引起的波動將會使電網(wǎng)電壓中產(chǎn)生諧波，嚴(yán)重影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量。對于交流進(jìn)線電感 L的選擇必須綜合考慮以 上幾個因素。 (1)當(dāng)電抗取最大值時 : SAPF輸出補償電流的最大變化率為 : ?????? ?? mDCca UULdtdi 311 （ 312） 式中 : cadi 為 A相補償電流， DCU 為直流側(cè)電容電壓， mU 為電網(wǎng)電壓的幅值。 若要保證 SAPF對補償電流的跟蹤控制能力，即能跟隨指令電流的變化率則需 : m axm in1 dtdiLdtdi caca ?? （ 313） 結(jié)合式以上 （ 312），（ 313） 兩式得 : m a x/31 dtdiUUL camDC ??????? ?? （ 314） 計算maxdtdica? 的經(jīng)驗公式為 ? ? m a xm a x20~10 ?? ? caca ifdtdi （ 315） 當(dāng) ?cai 只含諧波電流時 ?? ?caca Ii （ 316） 當(dāng) ?cai 只含諧波與無功電流時 ?? ?caca Ii （ 317） ?cai 為所補償電流的有效值，即非線性負(fù)載諧波或無功電流的有效值，可見 maxL 的取值取決于負(fù)載。 （ 2)當(dāng)電抗取最小值時 : 本科生畢業(yè)論文 26 SAPF輸 出補償電流的最大變化率為 : ?????? ?? mDCca UULdtdi 321 （ 318） 若 SAPF主電路輸出地實際補償電流偏離指令電流的幅度為 maxi?? ，則 sca fidtdi 12 m axm ax??? （ 319） 整理上式得： smDC fi UULm ax32m in 2 )( ? ?? （ 320） 討論到此，可知交流進(jìn)線電感的取值為 : minmax LLL ?? （ 321） 因為交流進(jìn)線電抗值的選擇跟具體的負(fù)載和補償要求有密切的關(guān)系，并且需要根據(jù)仿真實驗和實際實驗才能在理論計算取值區(qū)間內(nèi)選出合適的電抗值，所以本文只是介紹了電抗參數(shù)選擇的一種參考方法。該主電路中，綜合考慮上述因素， L選擇 1mH。 電流跟蹤控制電路 對諧波電流進(jìn)行補償時，則需產(chǎn)生與諧波電流大小相等方向相反的的補償電流。這時就需要對諧波電流進(jìn)行跟蹤。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。 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。這樣 ci 在 Hic?? 和 Hic?? 之間波動。滯環(huán)寬度 H對補償電流的跟隨性能有較大的影響，若環(huán)寬固定 ,誤差值也固定 ,但開關(guān)器件的幵關(guān)頻率卻有很大的變化 ,易引起開關(guān)噪聲。當(dāng) H較大式，電力半導(dǎo)體開關(guān)頻率較低，導(dǎo)致誤差較大；反之開關(guān)頻率高誤差小。而且同一開關(guān)頻率下輸出的電流中含有較多的諧波分量 ,又給交流進(jìn)線電感的選擇帶來了新的限制條件 本科生畢業(yè)論文 27 b）時鐘信號比較方式 圖 時鐘比較方式 此方法可避免器件開關(guān)頻率過低的情況發(fā)生，但其補償電流跟隨性能不固定 ，從波形上看，毛刺忽大忽小。 三角波比較方式 圖 35 三角波比較方式 此方法是基于 ci? 最小來設(shè)計的。將 ci? 放大再與三角波比較，誤差較大。輸出電壓中諧波少，但含有與三角波同頻率的諧波。 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。 2) 實時控制 ,且電流響應(yīng)快 ,相位偏移小。 3) 不需要載波 ,輸出電流中不含有特定頻率的諧波分量。 4) 對檢測信號的傳感器要求較高 ,必須具有很寬的頻帶。 5) 閉環(huán)控制 ,穩(wěn)定性較強。 本科生畢業(yè)論文 28 第四章 仿真 三相四線制不平衡負(fù)載的諧波源設(shè)計 本文建立的是 220V的三相四線制電網(wǎng)系統(tǒng)，可以利用電力系統(tǒng)工具包的交流電壓源模塊，在這個模塊里可以設(shè)定交流電壓的幅值、頻率、相角參數(shù)，通過設(shè)置這些參數(shù)可以構(gòu)造出三相四線制電網(wǎng)電壓。 圖 三相四線不平衡諧波源 如果有需要還可構(gòu)造畸變 電壓模型。如圖 ， ThreePhase Series RLC Branch模塊為系統(tǒng)線路的電感、電阻和電容值，他們都非常小。非線性負(fù)載本文采用的是典型的直流側(cè)帶阻感負(fù)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(fù)載，由這些來組成諧波源。 其仿真結(jié)果圖如下 本科生畢業(yè)論文 29 （ a） ai 電流波形 （ b） ci 電流波形 圖 （ a）（ b）分別為 ai 、 ci 三相電流的波形 本科生畢業(yè)論文 30 圖 零線電流的波形 由于接入了一個三相不控整流橋，負(fù)載是電感和電阻，得出 A、 B、 C三相電流發(fā)生畸變， A相和 B相電流畸變程度差不多如圖 （ a） 所示。但在 C相上加了一個單項不控整流橋，導(dǎo)致 C相電流和 A相與 B相電流不在一致，由圖形可以看出 C相在零線周圍的電流呈現(xiàn)逐漸變大的趨勢，并且隨著仿真時間的延長最后趨于穩(wěn)定圖如 54所示，而 C相多出的這部分電流只有從零線上流過。這便是三相四線制中的零序電流 0i 。 圖 時間加長后零序 0i 電流趨于穩(wěn)定 諧波電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計 按照第二章本文所選定的基于瞬時無功理論的 qp ii ? 算法無需改進(jìn)，搭建諧波檢測模型，如圖 所示。在 Simulink 工具箱中，提供了大量的數(shù)學(xué)運算模塊，可以方便對采入的各種信號進(jìn)行運算，這其中的 32C ， 23C 和 C 子模塊就可以由這些數(shù)學(xué)模塊來實現(xiàn)。 在諧波電流檢測模塊中低通濾波器的設(shè)計很重要的，若濾波器的階數(shù)高則濾波效 果好，但動態(tài)響