【正文】 力濾波器原型。關鍵詞:諧波電流補償，有源電力濾波器，無源濾波器，廣義的集成1 引言 在過去幾年里，電力電子技術(shù)的發(fā)展給能源轉(zhuǎn)換和利用帶來了方便，也帶來了電能質(zhì)量的問題。作為重點之一的技術(shù)，打擊電網(wǎng)污染改善電能質(zhì)量，有源電力濾波器在電力電子技術(shù)上成分了新的研究重點[15]。由于初始成本高，有源電力濾波器的進一步應用受到了限制，混合型有源電力濾波器結(jié)合了有源濾波和無源濾波，可以有效地減少有源電力濾波器的容量，更適合高壓非線性負載的工程的應用。傳統(tǒng)的無源濾波以其低成本和高效率，已經(jīng)被用來消除諧波在電力系統(tǒng)中。無源濾波器，可以在低阻抗調(diào)諧吸收頻率的諧波電流，并具有很好的補償性能。然而，無源濾波器依靠電源參數(shù)的特點，系統(tǒng)易受負載和電力系統(tǒng)運行方式的影響還可能產(chǎn)生諧振。此外，無源濾波器只能是固定的參數(shù)設計不能隨機應變的操作以適應條件的改變。 有源電力濾波器已經(jīng)克服無源濾波器的缺點，并且可以提供靈活和可靠的補償，但不符合成本效益的解決方案導致了高運營成本。由于無源濾波器和有源濾波器的缺點，混合型濾波器的研究變得十分活躍[69]?；旌闲蜑V波器由無源和有源濾波器組成，提高了補償性能，與無源濾波器相比較增加了靈活性和可靠性，與有源電力濾波器相比較在高功率系統(tǒng)中避免了昂貴的初始投資成本。在本文中，混合補償性能，在工業(yè)配電系統(tǒng)中分析估量不同有源電力濾波器得到參數(shù)的變化。最后仿真混合型有源電力濾波器的補償性能，驗證實驗室機樣。無源濾波器用于消除第七次諧波，廣義的集成用于消除第5,11,13次諧波的電流[10]。2 諧波電流補償?shù)脑? 混合型有源電力濾波器拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包括一個三相脈寬調(diào)制（pwm）電壓源型逆變器，（有源電力濾波器簡稱APF）無源濾波器和有源濾波器通過一個耦合變壓器串聯(lián)。一般來說有源電力濾波器的作用作為控制電壓源來抵消諧波電流在混合型有源電力濾波器當中。操作原理由單項諧波電流解釋如圖2當反饋控制應用于有源電力濾波器時。諧波電流的補償策略，混合型有源電力濾波器被認為是一個受控電壓源VAPF，ZF是阻抗無源濾波器，ILH是負載的諧波電流，ZS是系統(tǒng)阻抗。 為了消除系統(tǒng)的諧波電流，有源電力濾波器的控制電流控制電壓源，它施加電壓VAPF信號，迫使負載諧波電流流入無源濾波器，從而提高無源濾波的補償性能，盡管在其調(diào)諧頻率的變化下。有源電力濾波器的參考電壓等于 VAPF = K ? I sh (1)其中k是諧波補償增益。假如實用電壓為純正弦波，拿實際諧波電流和實用負載電流相比較獲得的，它可以用來表示混合型有源電力濾波器濾波的特性。 Ish\Ilh=ZF\（ZS+ZF+K) (2)方程2描繪如果增益K大于ZF那么k將主宰濾波器特性，諧波電流也將被迫進入無源濾波器。否則，增益K將作為一個阻抗以抑制ZS，ZF之間的諧振。選擇較大的K是因為要降低實際電流當中的諧波含量。然而，這會增加有源電力濾波器所需要的額定功率。在實際情況當中，K是有限的。否則閉環(huán)控制系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定。 圖1 所示混合型有源電力濾波器的配置圖2 所示單相混合型有源電力濾波器的等效電路3 分析混合型有源電力濾波器在配電系統(tǒng)中的性能 本節(jié)將通過一個例子展示混合型有源電力濾波器的補償性能。電源將電能分配給6個中頻爐，每個額定功率300千瓦，其單相配電圖如圖3所示只考慮混合型有源電力濾波器和中等工頻爐。 圖3 單項配電系統(tǒng)的電路圖該系統(tǒng)的諧波含量和諧波標準見表1第5,7,11次諧波超過標準。因此無源濾波器在第5，7，11次諧波調(diào)整無功補償500kvar,該系統(tǒng)電感和無源濾波器參數(shù)見表2表1電力系統(tǒng)和無源濾波器參數(shù)第5第7第11諧波含量（A）622814諧波標準（A）表2電力系統(tǒng)和無源濾波器參數(shù)L(mH)C（uF）R（mΩ）KVAR（）系統(tǒng)245次諧波過濾9573487次諧波過濾212011211次諧波過濾3826在這種情況下，有源電力濾波器無功功率位25KVAR，因為他補償諧波的電流和耦合變壓器變比為2。 圖4顯示了無源濾波器和混合型有源電力濾波器的諧波衰減率?；旌闲陀性措娏V波器的特點是使用3個單諧振濾波器調(diào)整第5，7,11次諧波如圖3所示。因此無源濾波器在第5,7,11次諧波頻率呈現(xiàn)低阻抗。當沒有連接有源電力濾波器和無源濾波器諧波放大的一連串的頻率出現(xiàn)在200到240赫茲頻率范圍，300到340赫茲，500到640赫茲。當有源電力濾波器的連接的反饋增益為20，無諧波放大現(xiàn)象的發(fā)生。同時，只適應無源濾波器的濾波特性是不能令人滿意的，即使是在第5,7,11次諧波頻率。當與反饋增益為20的有源電力濾波器相結(jié)合諧波衰減率增加，混合型有源電力濾波器的濾波性能是令人滿意的，在第5,7,11次諧波頻率。 圖4顯示了電力系統(tǒng)在不同條件下的諧波含量。若是沒有濾波器與線路并聯(lián)，第5,7,11次諧波嚴重超過標準。只調(diào)整無源濾波器后實際的諧波電流被消減，但是不能令人滿意。當有源電力濾波器和20的反饋增益接入后，第5,7,11次諧波電流被迫流入混合型有源電力濾波器。 圖5顯示的是混合型有源電力濾波器的增益k的變化如何改變系統(tǒng)諧波電流的衰減率。隨著增益k的增大，電力系統(tǒng)諧波的阻抗增大，混合型有源電力濾波器的補償性能也提高。此外，在圖5所示，無源濾波器的品質(zhì)因素的降低會增加諧振頻率的阻抗，削弱混合型有源電力濾波器的補償性能。無源濾波器品質(zhì)因數(shù)決定無源濾波器的帶寬。雖然增加有源電力濾波器的增益可以補償無源濾波器品質(zhì)因數(shù)降低的不利影響，但是有源電力濾波器的輸出增加的電壓必須保持相同的補償性能，從而增加了有源電力濾波器的額定功率。圖4混合型有源電力濾波器的頻率響應和諧波含量圖5不同值的有源電力濾波器的頻率響應和無源濾波器的品質(zhì)因數(shù) 從圖5可得到的結(jié)論是，無源濾波器的品質(zhì)因數(shù)和有源濾波器的增益都直接影響混合的補償性能，有源電力濾波器的調(diào)諧頻率是固定的，如果無源濾波器的品質(zhì)因數(shù)是不理想的取值，有源電力濾波器的增益必須增加以獲得令人滿意的補償性能。4實驗結(jié)果一個三相混合型并聯(lián)有源電力濾波器的實驗室，實施和測試樣機采用補償IGBT6脈沖不可控整流電路。如圖11所示逆變器直流側(cè)電壓有一個450伏特，6800微法的電容器組。1200伏特/200安培的IGBT由M57962L柵極驅(qū)動。數(shù)字控制系統(tǒng)采用了雙DSP（TMS320C32與TMS320F240）和CPLD電路。采樣周期200微秒。鎖相和控制算法由TMS320C32完成，采樣和SVPWM的程序由TMS320F240實施。逆變器的開關頻率為5千赫茲直接和無源濾波器串聯(lián)。無源濾波器在調(diào)整第七次諧波（350赫茲）品質(zhì)因數(shù)為60，實驗電路參數(shù)顯示在表3。 圖11 PI電流控制器采樣廣義的集成 表3 實驗電路參數(shù)實用阻抗實用相電壓380伏特直流側(cè)電壓200伏特電容750微法電感74毫亨由于這樣一個單一的第七次諧波調(diào)諧lc濾波器，第5,11,13次諧波電流仍然供應著不可忽視的量值。因此，廣義的集成用于消除第5,11,13次諧波，該控制器基于廣義的集成在固定的框架如圖12所示*VAPF是逆變器電壓基準，*是電網(wǎng)電流參考值。圖12 PI電流控制器采用廣義的集成為了減少計算時間，廣義的集成采用迭代算法，當使用廣義的集成諧波衰減率如圖13所示，在第5,11,13,15,17,19次的諧波電流被消除是由于廣義的集成造成的。由于每一個控制器都輸出正弦波，他可以由相位變化來控制延遲補償。圖13 PI電流控制器采用廣義的集成穩(wěn)態(tài)實驗結(jié)果顯示在圖1416，圖14a所示負載電流實驗波形；圖14b為頻譜圖在這種情況下，負載電流含有大量的諧波成分。在圖15所示當只有比例控制器用于消除諧波，除此之外，混合型有源電力濾波器調(diào)整頻率是非常有限的。隨著使用基于廣義集成的PI控制器的混合型有源電力濾波器的補償?shù)?，7，11,13,15,17,19次諧波已經(jīng)有效的得到消除，圖16所示。當并聯(lián)型有源電力濾波器補償下降，直流側(cè)電流可以迅速達到基準值如圖17所示。圖14實驗負載電流波形(a) 波形 （b）頻譜圖15實驗負載電流波形（a） 系統(tǒng)電流 （b） 系統(tǒng)當前頻譜圖16 補償后電流波形 （a） 電流波形 （b） 頻譜圖17混合型有源電力濾波器補償后的實驗系統(tǒng)電流五 結(jié)論本文提出并分析了并聯(lián)混合型有源電力濾波器的補償性能?；旌闲陀性措娏V波器它結(jié)合了無源濾波器和有源電力濾波器，同時具備了各自的優(yōu)點，是濾波裝置的一個重要的發(fā)展趨勢?；旌闲陀性措娏V波器可以有效的減少有源電力濾波器的容量，更適合高電壓非線性負載的工程應用?；旌闲陀性措娏V波器的補償性能是由不同的有源電力濾波器的增益和參數(shù)決定的?？傊梢缘玫揭粋€結(jié)論，當有源電力濾波器結(jié)合足夠的反饋增益時，諧波衰減率是不敏感的被動參數(shù)。擬議計劃的可行性和有效性，使用matlab矩陣實驗室搭建了混合型并聯(lián)有源電力濾波器的模型，并進行了仿真和驗證。