非线性负载下并联型APF谐波电流控制方法

S c A补偿后的电源电流为 ; 令并联型 N ,2 (负载电
A)选择性谐波电流控制方法
结合对并联型 N c A谐波补偿特性分析$ 选择谐 波中含量 较 大 次 谐 波 进 行 补 偿$ 降 低 该 次 谐 波 的 1 P C %而对含量较小次谐波不补偿$ 由于其 1 P C本 ) %* 身较小$避免补偿造成谐波电流放大效应 ' 由于 本系统中谐波次数越高$相应含量越小$故采用基于 ; O控制器的选择性谐波电流控制方法$ 对主要次
图 '#系统负载电流仿真波形及 A A 1分析 A . 5 < '#,6 Q ? / IQ . I R4 7 ? . 3 0S 7 W / [ 3 : I7 08 A A 1 7 07 4 6 Q . Q 3 [ 4 3 7 8R: : / 0?
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科#学#技#术#与#工#程
!" 卷
图 %#电源电流实验波形 A . 5 < %#9 \ T/ : . I / 0? 7 4 S 7 W / [ 3 : I3 [ Q RTT4 6R: : / 0?
##在电力系统( 工业( 交通和日常生活中$ 大规模 的电力电子设备正广泛应用$ 给我们带来巨大便利 的同时$对电网产生极大的谐波污染$使供电质量下 降' 而有源电力滤波器 " N c A $N ? . W /c 3 S / : A . 4 ? / : # 可以保证电力系统的正常运行$ 动态补偿和改善电 网中的谐波及无功功率 ) !* ' 常用的与负载并联接 入电网的有源电力滤波器! ! !并联型 N c A $ 能良好 的抑制电网中的谐波$ 目前已经进入实用阶段 ) $* ' c A的补偿特性会受到谐波源特性 但由于并联型 N 的影响$使其并不适合补偿任何类型的谐波源 ) +* $ 例如电力电子设备中常采用直流侧电容滤波的整流 ! !电压源型非线性负载$就 电路$这种非线性负载! 并不适合用并联型 N c A进行补偿 ) J* ' 随着这类非 线性负载在电力电子装置中广泛应用$ 已成为电网 c A对其有效 中主要谐波源之一$如何采用并联型 N 补偿已成为研究热点' 本文首先从非线性负载下并联型 N c A谐波补 偿 系 统 入 手$ 分 析 了 系 统 补 偿 效 果 不 理 想 的 原 因! ! !严重的谐波放大效应' 然后由此提出了一种 基于矢量谐振 " ; / ? 3 : O / Q 3 07 0? $; O # 控制器 ) )* 的选 择性谐波电流控制方法$对指定次谐波分别控制$有 c A在电压源 效抑制谐波电流放大效应$使并联型 N 型非线性负载下补偿效果良好$ 仿真与实验结果验 证了该控制方法的有效性'
c A系统$ 负载 下面分析非线性负载下并联型 N 补偿前后谐波电流含量的变化情况' 根据图 + " e # ; U有& 所示电压电流的参考方向$由 b B ; 4B ; 4R 3 & "!# ,2 ,2 U 2 U 2 U 2 补偿前$ 并联型 N c A并未接入$ 其所在支路相 当于开路$即有& ; "$# ,2 3; U 2
' "7 # 为静止坐标系下系 c hD 为逆变器传递函数 $ E ! 统控制对象$有 E "7 # 3 ' 7 - 4N
进行补偿$此时并联型 N c A的谐波补偿特性良好' 系统稳态时经 A A 1分析得到图 ( " e # 所示的波形频 谱$电源电流总畸变率为 J< $+K$ 主要次谐波依次 降为 !< +%K(!< $"K(&< )(K(&< J"K'
) '* 与等 效 阻 抗 B $其等效电路如图 $ U 串联构成 所示'
图 !#并联型 N c A系统框图 A . 5 @ !#M 4 3 ` 8. 7 5 : 7 I3 [ Q 2R0? N c AQ 6 Q ? / I
$&!" 年 ) 月 $& 日收到 湖北省自然科学 基金重点项目" $&!&E C N &!( # 资助 第一作者简介& 刘乐然 " !%%! !# $ 女$ 汉$ 湖北潜江人$ 硕士研究生' 研究方向&电能质量' 9 * I 7 . 4 &$J'!(!%+$q]]@ 3 I '
()并联型 F K #系统补偿非线性负载
非线性负载下并联型 N c A系统框图如图 ! 所 示$ 图中非线性负载作为谐波源' N c A的作用是产 生谐 波 补 偿 电 流 " < #$ 其 与 非 线 性 负 载 电 流 E $7 e"< # 中 的 谐 波 含 量 等 大 反 相$ 确 保 电 源 电 流 U $7 e"< # 只包含基波含量 ) "* ' 本文中所研究的非线 ,$7 e性负载为直流侧电容滤波的电压源型非线性负载$ 考虑在实际应用中$ 结构经济简单的二极管不控整 流电路应用较多$故本文采用三相不控整流电路直 流侧连接电容元件进行研究' 将电压源型非线性负 载用戴维南等效电路表示$ 即由理想谐波电压源 I U
图 +#系统等效电路 A . 5 < +#9 ]R. W 7 4 / 0? . : R. ? 3 [ Q 6 Q ? / I
图 J#负载谐波电流放大效应三维曲面图 A . 5 < J#+C8. 7 5 : 7 I3 [ 27 : I 3 0. -R: : / 0? 7 I T4 . [ . 7 ? . 3 0/ [ [ / ?
非线性负载下并联型 F K #谐波电流控制方法
刘乐然! #席自强! #王#平$
" 湖北工业大学太阳能高效利用湖北省协同创新中心! $武汉 J+&&"( % 上海交通大学电子信息与电气工程学院$上海 $&&$J& #
摘#要#随着电力电子装置中电压源型非线性负载的使用越来越多并联型 N c A的谐波补偿特性受到了严重影响 通过理 c A不适合补偿电压源型非线性负载的原因提出一种基于 ; O控制器的选择性谐波电流控制方法对指定次 论分析并联型 N c A的谐波补偿特性得 谐波分别控制在提高系统稳态性能的同时抑制谐波电流放大效应使在这类非线性负载下并联型 N 到了有效改善 通过仿真以及实验验证了该控制方法的有效性 关键词#并联型 N c A ##非线性负载##选择性谐波电流控制##矢量谐振控制器 中图法分类号#1 = '!+ %####文献标志码#N
S S ; #; "J# ,2 3 " ! 20 U 2 联立式" ! # Y 式" J # $可得补偿前后负载谐波电 流之比有& S ; ! 4B B U 2 U 2= ,2 3 ")# ; ! 204B B U 2 U 2= ,2 令负载等效阻抗与电源侧系统阻抗之比为 Q $ B 即有 Q3B U 2= ,2 $其中 QU& ' 一般地 $ 系统等效阻 抗较为固定$由于非线性负载直流侧存在电容$其等 效阻抗很小$对应的 Q 值也较小' 用 )表示补偿前 后负载谐波电流之比有& ! 4Q ""# )3 ! 204Q 根据式" " # 作出的三维曲面图如图 J 所示' 由 于 & T0T! (QU& $显然 )恒大于 ! ' 由图可知$补 偿后负载谐波电流含量总是比补偿前的大$ 即并联 型N c A补偿非线性负载时$会引起负载谐波电流放 大效应 ) (* ' 而且$ )值的变化与 0 的值密切相关$ (Q 当Q 一定时$ 0 趋近于 ! $ )越大' 这表明$ 并联型 N c A对某次谐波电流的补偿率越高$ 该次谐波电流 放大效应越明显'
$% 期
刘乐然$等&非线性负载下并联型 N c A谐波电流控制方法
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பைடு நூலகம்
谐波" 即 ) (' (!! (!+ 次谐波 # 分别提取( 控制' 而且 ; O控制器比传统谐振控制器具有更好的选择性特 c A的 选 择 性 谐 波 电 流 性$ 非 常 适 合 并 联 型 N 控制 ) !&* ' O控制器的传递函数如式" ' # 所示& 一般的$; 7 "7 4N = -# V N "7 # 3> "'# ; O $ 7 4" 5* #$ / 式" ' # 中 $ > O控制器增益% N( - 分别为进线 ; O为 ; 电抗的等效电阻和等效电感% * / 为基波电压角频 率% 5 为谐波电流次数" 5 3" 1 W! $1 3! $$ # ' $ 电流环控制原理如图 ) 所示$ < I $+ ! 为补偿电流 指令信 号$ < 为 逆 变 器 输 出 的 相 应 谐 波 电 流$ I $+ !
N # 由 ! ( ) ( ' ( !! ( !+ "V [ _ 2"7
次; O 控 制 器 组 成$
图 "#采用 ; O控制器组的电流环闭环伯德图 A . 5 < "#M 3 8/8. 7 5 : 7 I3 [ R: : / 0? 3 0? : 3 4 4 3 3 T S . ? 2; O3 0? : 3 4 4 / : Q
图 )#电流环控制原理图 A . 5 < )#c : . 0. T4 /8. 7 5 : 7 I3 [ R: : / 0? 3 0? : 3 4 4 3 3 T
O控制器组的电流环闭环 如图 " 所示为采用 ;