有源电力滤波器设计.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：综述随着大容量电力电子装置在高压交流电力系统中日益广泛的应用谐波和无功等问题严重地威胁着系统自身的安全稳定运行。针对10~35kV高压交流电力系统国内外目前主要采用无源电力滤波器来抑制谐波并补偿无功功率。无源电力滤波器具有诸多的缺陷难以达到理想的性能。受功率半导体开关器件的约束有源电力滤波器常规方案的应用限制在低压交流电力系统。提出一种基于基波磁通补偿的串联型有源电力滤波器新原理通过电力电子变换器的控制使串联变压器对基波呈现很小的一次侧漏阻抗对谐波呈现很大的励磁阻抗。通过电力电子变换器的控制变压器一次侧呈现连续无极可调的电抗。借鉴基波磁通补偿理论及磁通可控的可调电抗器原理根据串并联的对偶特性本文提出一种新型的基于阻抗可控的并联混合型有源电力滤波器。在电力电子变换器的控制下变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗从而输导电力系统中的谐波电流同时对基波电流呈现连续无极可调的电抗与无源电力滤波器相结合实时补偿系统的无功功率。通过变压器隔离降压确保该滤波器安全、可靠、稳定地工作。1工作原理1.1变压器的结构变压器的结构如图1所示。其一次侧AX与二次侧ax的匝数分别为W1、W2变比k=W1/W2一次侧与二次侧的互感为M。一次侧绕组的电阻为r1自感为L11。变压器采用非晶态合金铁心为了确保变压器工作在B-H曲线的线性区铁心开有气隙。利用电压型逆变器向变压器二次侧绕组中注入补偿电流i2且满足i2=-α*∑i1(n)-β*i1(1)式中：α为谐波补偿系数；∑i1(n)为实时检测的变压器一次侧谐波电流；β为基波补偿系数；i1(1)为实时检测的变压器一次侧基波电流。1.2谐波抑制原理从AX端看变压器n次谐波电压方程为Ù1(n)=（r1+jWnL11）/Ì1(n)+jWnMÌ2(n)若α满足谐波补偿条件α=L11/M则从AX端看变压器对谐波电流的等效阻抗为ZAX(n)=Ù1(n)/Ì1(n)=r1通常r1可忽略因此在满足谐波补偿条件时变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗。谐波等效电路如图2所示。高压交流电力系统的系统阻抗相对较大由于变压器在电力电子变换器的控制下能够对谐波电流呈现近似为零的低阻抗因而对高压交流电力系统的谐波电流具有很好的抑制能力。1.3无功功率补偿原理从AX端看变压器基波电压方程为Ù1(1)=（r1+jW1L11）/Ì1(1)+jW1MÌ2(1)由于r1可忽略从AX端看变压器对基波电流的等效电抗为XAX(1)=Ù1(1)/Ì1(1)=W1（L11-βM）变压器对基波电流的等效电抗与基波补偿系数β的关系如图3所示。由图3可见通过实时调节基波补偿系数β的大小可以使得变压器对基波电流呈现连续无极可调的电抗与无源电力滤波器相结合能够实时地补偿高压交流电力系统的无功功率。2实验电路结构2.1主电路结构图4为基于阻抗可控的并联混合型有源电力滤波器的实验电路结构图。主电路中US为系统电压ZS为系统阻抗。T为线性变压器与谐波源及无源电力滤波器相并联。Lf为逆变器输出电感在变压器漏感较大的情况下Lf可省去。为了确保逆变器对指令电流的实时跟踪采用IGBT作为功率半导体开关器件。Ud为逆变器直流母线电压。L与C为无源电力滤波器的电感与电容无源电力滤波器主要功能为补偿容性无功电流兼滤除部分谐波电流。谐波源为带阻感负载的二极管全桥不控整流器。2.2控制电路结构控制电路包括指令电流运算和补偿电流控制2部分。指令电流运算单元实时检测变压器一次侧的电流根据电力系统无功功率补偿的要求得到变压器二次侧补偿电流的指令信号。补偿电流控制单元将指令电流信号与反馈电流信号相比较其误差通过PI调节器再与三角载波信号比较得到PWM信号驱动逆变器中的IGBT开关。提出一种指令电流运算方法如图5所示。其中i1（t）=∑Incos(nwt+ψn)(low-passfilterLPF)为低通滤波器用于提取信号的直流分量Amsin(ωt+ψ)与Amcos(ωt+ψ)为控制电路产生的幅值实时调节、与电网同频率、相位任意的正余弦ic*为补偿电流的指令信号。一次侧电流与余弦信号相乘得到i1（t）*Amcos(wt+ψ)=（Am／2）∑In{cos[(n+1)wt+ψ+ψn]+cos[(n-1)wt+ψn-ψ]}经过LPF得到直流分量（Am／2）I1cos(ψ1-ψ)再与余弦信号相乘得到i1p（