【導(dǎo)讀】更加容易，但同時(shí)也給電力系統(tǒng)帶來(lái)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(wú)功和諧波需要治理，負(fù)載不平衡問(wèn)題也變得。日益突出，因此，本文研究與設(shè)計(jì)適用于三相四線制下的SAPF來(lái)解決這些問(wèn)題。算法，論證它無(wú)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(bǔ)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(duì)SAPF和所要補(bǔ)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(shuō)明檢測(cè)方法正確，控制策略得當(dāng)。

　　

【正文】 hc 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(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 kVASA 15? 。 3. 2. 2 系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率 本科生畢業(yè)論文 23 為了能夠更好地補(bǔ)償諧波電流，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(kāi)關(guān)管的頻率過(guò)高又會(huì)帶來(lái)其他方面的負(fù)面影響。例如，開(kāi)關(guān)損耗過(guò)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(kāi)關(guān)頻率是變化的。通過(guò)參考文獻(xiàn)，調(diào)制頻率與環(huán)寬的關(guān)系如下 : ???????? ??22411 2 dcswdc 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(hào) 由 （ 32） 可知，當(dāng)滯環(huán)寬度 HB固定時(shí)，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(lái)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(guò)低，過(guò)低會(huì)嚴(yán)重影響補(bǔ)償?shù)男Ч?。電容電壓也不宜選的過(guò)高，過(guò)高的電容電壓雖然能夠產(chǎn)生較高的 dtdi ，雖然能改善補(bǔ)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(kāi)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(shí)： ? ?? ?22132 mmDC ULIU ?? ? （ 34） n=2 時(shí)： ? ?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(jì)算方便，采用經(jīng)驗(yàn)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(jī)實(shí)驗(yàn)條件下， ABU為 380V， DCU 須滿足 VUDC 538? ， DCU 取為 800V 。而在實(shí)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(yùn)行時(shí)的實(shí)際電壓值。綜合考慮實(shí)際因素，根據(jù)目前市場(chǎng)上普遍使用的電解電容的型號(hào)，選擇 VUDC 800? ，通過(guò)串聯(lián)的兩個(gè)電容來(lái)實(shí)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(guò)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(shí)際上，電容電壓值不可能是恒定的的，逆變過(guò)程中由于電容電壓的波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生紋波，紋波又會(huì)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(huì)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(yùn)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(lèi)型有關(guān)，式 （ 39） 的功率成份與補(bǔ)償目標(biāo)有關(guān)，但考慮到上式的計(jì)算討論過(guò)程比較復(fù)雜，通常電容量的選擇可按如下經(jīng)驗(yàn)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(dòng)系數(shù) (正常運(yùn)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 ?? 9 9 0 01 0 0 6 ??? ??? （ 311） 根據(jù)計(jì)算與仿真分析選擇 FC ?? ，因?yàn)橹绷鱾?cè)有兩個(gè)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(guò)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(guò)的最大電流值，影響了有源電力濾波器的補(bǔ)償效果。若電抗器 L太大，則跟蹤電流變化緩漫，會(huì)導(dǎo)致跟蹤電流和參考電流之間誤差較大，會(huì)影響 SAPF對(duì)補(bǔ)償電流的跟蹤控制能力 :若電抗器 L太小，補(bǔ)償電流中紋波過(guò)大，使濾波器的輸出電流相對(duì)于期望的補(bǔ)償電流有很大的超調(diào)，且易形成毛刺 。另外， L如果太小，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通關(guān)斷引起的波動(dòng)將會(huì)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(duì)于交流進(jìn)線電感 L的選擇必須綜合考慮以 上幾個(gè)因素。 (1)當(dāng)電抗取最大值時(shí) : SAPF輸出補(bǔ)償電流的最大變化率為 : ?????? ?? mDCca UULdtdi 311 （ 312） 式中 : cadi 為 A相補(bǔ)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(duì)補(bǔ)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 a xm in1 dtdiLdtdi caca ?? （ 313） 結(jié)合式以上 （ 312），（ 313） 兩式得 : m a x/31 dtdiUUL camDC ??????? ?? （ 314） 計(jì)算maxdtdica? 的經(jīng)驗(yàn)公式為 ? ? m a xm a x20~10 ?? ? caca ifdtdi （ 315） 當(dāng) ?cai 只含諧波電流時(shí) ?? ?caca Ii （ 316） 當(dāng) ?cai 只含諧波與無(wú)功電流時(shí) ?? ?caca Ii （ 317） ?cai 為所補(bǔ)償電流的有效值，即非線性負(fù)載諧波或無(wú)功電流的有效值，可見(jiàn) maxL 的取值取決于負(fù)載。 （ 2)當(dāng)電抗取最小值時(shí) : 本科生畢業(yè)論文 26 SAPF輸 出補(bǔ)償電流的最大變化率為 : ?????? ?? mDCca UULdtdi 321 （ 318） 若 SAPF主電路輸出地實(shí)際補(bǔ)償電流偏離指令電流的幅度為 maxi?? ，則 sca fidtdi 12 m a xm a x??? （ 319） 整理上式得： smDC fi UULm a x32m in 2 )( ? ?? （ 320） 討論到此，可知交流進(jìn)線電感的取值為 : minmax LLL ?? （ 321） 因?yàn)榻涣鬟M(jìn)線電抗值的選擇跟具體的負(fù)載和補(bǔ)償要求有密切的關(guān)系，并且需要根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)才能在理論計(jì)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(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，則需產(chǎn)生與諧波電流大小相等方向相反的的補(bǔ)償電流。這時(shí)就需要對(duì)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(shí)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(dòng)。滯環(huán)寬度 H對(duì)補(bǔ)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(kāi)關(guān)器件的幵關(guān)頻率卻有很大的變化 ,易引起開(kāi)關(guān)噪聲。當(dāng) H較大式，電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)頻率較低，導(dǎo)致誤差較大；反之開(kāi)關(guān)頻率高誤差小。而且同一開(kāi)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(lái)了新的限制條件 本科生畢業(yè)論文 27 b）時(shí)鐘信號(hào)比較方式 圖 時(shí)鐘比較方式 此方法可避免器件開(kāi)關(guān)頻率過(guò)低的情況發(fā)生，但其補(bǔ)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(lái)設(shè)計(jì)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(diǎn)： 1) 電路簡(jiǎn)單。 2) 實(shí)時(shí)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(duì)檢測(cè)信號(hào)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(qiáng)。 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(jì) 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(gè)模塊里可以設(shè)定交流電壓的幅值、頻率、相角參數(shù)，通過(guò)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(shí)，可在 C相和中線上加一個(gè)單相整流負(fù)載，由這些來(lái)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(gè)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(gè)單項(xiàng)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?chē)碾娏鞒尸F(xiàn)逐漸變大的趨勢(shì)，并且隨著仿真時(shí)間的延長(zhǎng)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(guò)。這便是三相四線制中的零序電流 0i 。 圖 時(shí)間加長(zhǎng)后零序 0i 電流趨于穩(wěn)定 諧波電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 按照第二章本文所選定的基于瞬時(shí)無(wú)功理論的 qp ii ? 算法無(wú)需改進(jìn)，搭建諧波檢測(cè)模型，如圖 所示。在 Simulink 工具箱中，提供了大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊，可以方便對(duì)采入的各種信號(hào)進(jìn)行運(yùn)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(lái)實(shí)現(xiàn)。 在諧波電流檢測(cè)模塊中低通濾波器的設(shè)計(jì)很重要的，若濾波