【正文】 3 / 2111si n c os22 22c os si n33 330222 1 1 1 1c os ( c os c os ) ( c os si n )3 3 3332 1 1si n ( si n c os33 3aapbbqcca b caiii i ttC C C i iii t tt i t t i t t it i t t??????? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ??????? ?? ???? ? ? ?? ? ? ??? ?? ??? ? ? ??? ???? ??????? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ?。2 / 30113221 32 2C??????????? ?????。 ,pqii諧波電流檢測法 該方法的原理如圖 所示。這也是瞬時無功功率理論在電壓、電流均為正弦波時的例證。從以上各定義可以看出，瞬時無功功率中的概念，在形式上和傳統(tǒng)理論非常相似，可以看成傳統(tǒng)理論的推廣和延伸。即 23appbppcpi iiCii???? ????? ???? ???????? 23aqqbqqcqi iiCii???? ????? ???? ???????? 式中 23 32TCC? 傳統(tǒng)理論上的有功功率、無功功率等都是在平均值基礎(chǔ)或相量的意義上定義的，它們只適用于電壓、電流均為正弦波時的情況。 ? ， ? 相的瞬時無功功率 q? ， q? (瞬時有功功率 p? ， p? )分別為該相瞬時電 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 壓和瞬時無功電流 (瞬時有功電流 )的乘積。而三相電路瞬時無功功率 q (瞬時有功功率 p )為電壓矢量 e 的模和三相電路瞬時無功電流 qi (三相電路瞬時有功電流 pi )的乘積。 圖 ??? 坐標系中的電壓、電流矢量 三相電路瞬時有功電流 pi 和瞬時無功電流 qi 。 e 、 i 的模； e? ， i? 分別為矢量。由下面的 變換可以得到? ,? 兩相瞬時電壓 e? ,e? 和 ? ,? 兩相瞬時電流 i? , i? 。下面將要介紹的是以瞬時 有功電流 pi 和瞬時無功電流 qi 為基礎(chǔ)的理論體系，以及它與傳統(tǒng)功率定義之間的關(guān)系。 三相電路瞬時無功功率理論 三相電路瞬時無功功率理論首先于 1983 年由赤木泰文提出，此后該理論經(jīng)不斷研究逐漸完善。以該理論為基礎(chǔ)，可以得出用于有源電力濾波器的諧波和無功電流實時檢測方法。 瞬時無功功率理論及其應用 [6] [7][8][9][10] 三相電路瞬時無功功率理論自上世紀 80 年代提出以來，在許多方面得到了成功的應用。提出了基于多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) RBF(Redial Basis Function)相結(jié)合的電力系統(tǒng)諧波檢測方法，該檢測方法計算量小、檢測精度高、實時性好、 抗干擾性強 。可在信號的不同部位得到最佳的時域分辨率和頻域分辨率，但缺乏規(guī)范的最佳小波基的 選取方法，缺乏構(gòu)造頻域行為良好，即分頻嚴格、能量集中的小波函數(shù)。該法主要用于三相三 線制；后者可實現(xiàn)各次諧波的檢測，但由于電路損耗大，尚處于探討中。無法滿足檢測精 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 度的要求。如快速傅里葉變換 (FFT)、瞬時無功功率理論與廣義 dq?旋轉(zhuǎn)坐標變換、小波變換 (WT)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等． 目前， FFT技術(shù)已成熟。主電路目前均采用 PWM變流器。其中 ,指令電流運算電路的核心是檢測出補償對象電流中的諧波和無功等電流分量 ,因此有時也稱為諧波和無功電流檢測電路。最后在簡化電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上分析了電力有源濾波器濾波原理。 根據(jù)基爾霍夫電流定律和電壓定理： 0()l h c h s hs h s c h l h c hi i ii Z i k i Z i Z???? ? ? ?? (220) shu sZ Z0shichilhk lhi 圖 APF的簡化運算圖 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 消去 chi ： 00 0() lhsh sZ Z k Z ii Z Z Z??? ?? (221) 而當沒有接入 APF 時的 shi : 010s h l hsZZiiZ Z Z?? ?? (222) 比較上式 (221)、式 (222)、式 (221)的等效電路可以由式 (222)通過變換得到，如下圖 ： shu sZ shi chi lhi shu sZ shichi lhi0ZZ? 0ZZ? 0kZ?圖 通過以上分析可知：這種控制策略實質(zhì)上等效通過控制有源電力濾波器改善無源濾波器的諧波阻抗特性的同時，又增大了電網(wǎng)諧波阻抗，從而可極大提高濾波效果，抑制了電網(wǎng)和 LC 無源濾波器可能產(chǎn)生的諧振。其原理可以用以 下的原理電路來解釋： 受控電流源變換支路阻抗 如下圖 所示，在原支路 0Z 上并聯(lián)一個受控電流源，由于有源單元的加入，其支路等效阻抗為： 011e CZCVVZ II I I ZV? ? ?? ? 上式可以看出支路阻抗由原來的 0Z 增大為0cV ZI ?。 并聯(lián)濾波器濾波原理分析 有源濾波裝置是一個高阻抗電流源，它的接入對系統(tǒng)阻抗不會產(chǎn)生影響，同時又能抑制電網(wǎng)和無源濾波部分產(chǎn)生諧振。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 圖 PWM 及開關(guān)函數(shù)波形 在圖 中， 2ssf??? 其中， sf 為 PWM 開關(guān)頻率， Kd 為對應的相的 PWM 占空比，且 1Kd ? 。而此時的電壓可以用相應的 開關(guān)組合函數(shù)來表示為 (如 a 相 )： 0 3a b caa S S SuS ???? (28) 如圖 對應兩種開關(guān)組合 110 、 001 恰和3dcv、3dcv?對應，那么，對于 b ,c 相： 0 3a b cbb S S SuS ???? (29) 0 3a b ccc S S SuS ???? (210) 另外，對直流側(cè)電容正極節(jié)點處應用基爾霍夫電流定律，得： dc a a a a a advC i S i S i Sdt ? ? ? (211) 把以上式 (28， 29， 210)式代入式 (22)式整理得： ,10 0 ( )30 0 010 0 ( )0 0 030 0 010 0 ( )000 030aKK a b caa abKbb bK a b ccc ccKd c d cK a b ca b cR S Sii eLR S S eLL i i eR S SC vvS S S?????? ? ???? ? ? ? ????? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ??????? ? ? ? ????? ? ? ? ??? ? ??? ??? ? ? ???????? (212) 采用占空比描述的 VSR 數(shù)學模型 為簡化 VSR 的數(shù)學模 型，可忽略開關(guān)函數(shù)中的高頻分量，只考慮低頻分量，從而獲得采用占空比描述的低頻數(shù)學模型。 由于是三相對稱系統(tǒng)，則： 0a b ce e e? ? ? (25) 0a b ci i i? ? ? 式 (24)和式 (25)聯(lián)立可得： 122uu? (26) 由式 (23)和式 (26)可得： 1 0 02323dcabdcvu u uvu? ? ? ????? ???? (27) 以上假設(shè)各種開關(guān)運行狀態(tài)中的一種，但無論那種運行狀態(tài)，在以簡化電路的 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 表示形式中必有兩相電壓相同，且相同相的電壓的絕對值必為3dcv，而另一相的電壓的絕對值為 23dcv。那么， a ,b 點同電位且和直流側(cè)電容的正極 (上端 )同電位，而 c 點與直流側(cè)電容的負極 (下端 )同電位。 當 dev? 時， VSR 可運行于逆變狀態(tài)也可運行于整流狀態(tài)。 開關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學模型 采用開關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學模型方便對電壓源整流器 (voltage source rectifor,for short： VSR)開關(guān)過程的精確描述，較適用于 VSR 的波形仿真，常用于校正控制系統(tǒng)設(shè)計的惡性能指標。進行數(shù)學描述時，通常進行以下假設(shè)： 1)電網(wǎng)電壓為三相穩(wěn)定的正弦波電壓 (ae ， be ， ce )； 2)網(wǎng)側(cè)電感是線性的、不考慮飽和 。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 圖 三相橋式整流電路可以工作于 逆變和整流兩種工作狀態(tài)，當在整流狀態(tài)時屬于升壓型整流電路，其輸出的直流電壓理論上可以高出交流側(cè)峰值電壓的許多倍，通過適當?shù)目刂凭湍茉诮涣鱾?cè)得到期望的電壓電流波形。而文中采用的拓撲結(jié)構(gòu)避免了上述缺陷。這種方式下，有源電力濾波器不承受交流電源的基波電壓，因此裝置容量小。達到的目的 : 1)降低 APF 容量 ； 2)抑制電網(wǎng)和 LC 濾波器可能的諧振 ； 3)APF 主電路不承受基波電壓。 在混合結(jié)構(gòu)中， LC 濾波器承擔了大部分的諧波補償， APF 的作用是對 LC 濾波器補償?shù)膬?yōu)化和補充，在這種情況下， LC 濾波器將不再受電網(wǎng)參數(shù)變化的影響而降低，如果采用串聯(lián)諧振來分壓，則可以使 APF 的主電路不承擔基波電壓，從而大大降低了 APF 的容量。 而 APF 和 PF 混合使用卻能在充分利用 PF 結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，最大發(fā)揮 APF 的性能。無源濾波器由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低，在吸收諧波的基礎(chǔ)上還可以補償無功，改善功率因數(shù)；同時無源濾波器又具有維護方便，以及有較成熟的技術(shù)、設(shè)計和制造經(jīng) 驗，因此無源濾波方案是目前采用得最為廣泛的諧波抑制和補償無功的主要手段。無源濾波器還可以設(shè)計成雙調(diào)諧的，它同時可以濾除兩種頻率的諧波；也可以做成多階的，但電路復雜，應用較少。無源濾 波器(Passive Power Filter,簡稱 PPF)，通常是采用電力電容器、電抗器和電阻按功能要求組合而成，最簡單的是單調(diào)諧 LC 濾波器。 有源、無源混合型 APF 目前工程上應用最多的還是無源 LC 濾波器，它結(jié)構(gòu)簡單，投資少，可靠性高，運行費用也比較低。由于電力電子器件額定電壓和電流的限制，以及大容量電容涉及成本高的問題，就限制了此種情況下 APF 的使用只能是需要補償容量不大的場合?？刂齐娐吠ㄟ^采集的電壓和電流信號經(jīng)運算產(chǎn)生使變流器產(chǎn)生指令電流信號的 開關(guān)信號。即為圖 去掉并聯(lián)支路的無源濾波器之后的部分 ，負載為產(chǎn)生諧波電流的電流源負載，即電流源諧波源，變流器和與它相連的濾波電感、直流側(cè)儲能電容共同組成電力濾波器的主電路。 本論文主要對并聯(lián)型電力有源濾波器的控制算法進行 了 仿真分析 ， 并聯(lián)型電力有源濾波器是相對于串聯(lián)型有源濾波器而言的，目的是針對一些電流源型諧波用戶來說的，例如直流側(cè)是阻感負載的整流電路 ， 即通過 補償用戶端的電流諧波使諧波流入 APF 而避免注入電網(wǎng)，從而使電網(wǎng)電流為基波正弦波 [25] [26][27][28][29]。這種方式中，由于電源的基波電壓直接加到變流器上，使得變流器的容量較大。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計