1.7APF系统控制与仿真在线视频

第七部分

APF控制及仿真

在各种有源电力滤波器中

单独使用并联型有源电力滤波器

是最基本的一种

也是工业实际中应用最多的一种

它集中地体现了

有源电力滤波器的特点

因此本节就其详细介绍

第一部分

APF主系统及控制系统

并联型有源滤波器在实际应用中

用于三相的占多数

故在此主要讨论

适用于三相三线制系统的情况

图1中负载为谐波源

这里采用了

电力系统中一种典型的谐波源

三相桥式全控整流器

整流器直流侧为阻感负载

T1为整流变压器

变压器T2的设置

是为了调节通常为降压

有源滤波器

交流侧直流电压之用

该系统的基本工作原理

已在前面的小节做过介绍

本节将分别就系统的各个部分的功能

及一些特殊问题进行讨论

有源电力滤波器系统由主电路

电流跟踪控制电路

驱动电路三部分构成

主电路目前均采用PWM逆变器

驱动电流将PWM信号变换成为

驱动全控型器件的

合适功率等级的电压或电流

指令电流

及谐波与无功电流的运算电路

它的作用是

根据有源电力滤波器补偿的目的

得到补偿电流的指定型号

即期望由有源滤波器

产生补偿电流信号

指令电流运算电路的核心在第5节

谐波和无功电流的实时检测

已详细分析

此处不再赘述

为保证APF有良好的

补偿电流及跟踪性能

必须将变流器直流侧电容的电压

控制为一个合适的值

下面我们针对第二部分

直流侧电压的控制进行详细分析

对直流侧电压进行控制的传统方法是

为直流电容

再提供一个单独的直流电源

一般通过一个二极管整流电路来实现

这种方法虽然能够起到

控制直流侧电容电压的目的

但需要另设一套电路

增加了整个系统的复杂程度

从而增加了系统的成本

损耗等

通过对直流电容增加一个控制环

对主电路进行适当的控制

即可实现直流侧电容

电压的控制的目的

目前主要采用这种方式

对直流侧电容Uc的控制如图2所示

指令电流运算电路中

线性框中的部分

结合补偿电流发生电路而实现

图中

Ucr是直流侧电容Uc的给定制

Ucf是Uc的反馈值

两者之差经PI调节后

得到调节信号ip

它叠加到

瞬时有功功率直流分量ip上

两者之差

经PI调节器后

得到调节信号△ip

它叠加到

瞬时有功电流的直流分量ip上

通过坐标反变化

即叠加到直流电流

iah ibh ich 上

由于三线的对称性

指令电流用ic*表示

即指令电流ic*中

包含一定的基波有功电流

电流跟踪控制电路

根据ic*产生补偿电流

ic注入电网

使得有源电力滤波器的补偿电流中

含有一定的基波有功电流分量

从而使有源电力滤波器的直流侧

与交流侧交换能量

此处电流跟踪控制电路的主要方法有

瞬时值比较法和三角波比较法

在第二节关键技术中已赘述

经运算得到Uc调节至给定值

有源电力滤波器直流侧

与交流侧之间无能量交换

从而使Uc保持恒定

因此从原理上讲

当仅用于补偿无功功率时

有源电力滤波器直流侧

不需贮能

此时电容只需很小的电容量

用于保证

电力半导体器件的正常工作即可

若希望Uc上升

例如有源电力滤波器投入运行时

建立Uc过程

只需pA＞0

即pA=e△ip

此时有源电力滤波器

从电源中得到能量

持续向其直流程传递

使Uc上升

从原理上讲

只要pA＞0

Uc就上升

可以达到任意值

这一点可由电路中的

交流侧电感储存的电能

和对电力半导体器件的通断的控制

来保证

但在实际电路中

器件的耐压是有限的

这就限制了Uc的允许值

不允许其无限上升

反之

当pA＜0

例如电路中有损耗

或有源电力滤波器向外传递能量等

直流侧电容上面的能量将减小

使得Uc值下降

Uc变化的幅度

除了和能量传递的多少有关以外

还和电容量有关

换言之

若已确定有源电力滤波器的补偿目的

即确定了pA的变化范围

和允许的Uc波动范围

即可确定电容器的电容量

这正是确定有源电力滤波器

直流侧电容的基本思想

第三部分

APF仿真分析

设图1负载为

三相桥式全控整流器

触发延迟角α＝30º

则此时负载电流波形如图5所示

图5中同时给出了电源电压的波形

以便观察负载电压

以便观察负载电流

与交流电源电压之间的相位关系

从波形可以看出

此时负载电流中含有谐波

同时负载还消耗无功功率

图中仅给出了一项的波形

因三相对称

其它两相的波形一样

相位相差120º

若有源电力滤波器只补偿谐波

则检测出负载电流iL中的

谐波分量为iLh

补偿电流的指令信号ic*

应与iLh极性相反

如图6a所示

若有源电力滤波器产生的

补偿电流ic与ic*完全一致

则补偿后的电源电流is

如图6b所示

与负载电流的基波分量完全相同

与图5中电源电压相比

该电流滞后于电压

仍含有基波无功分量

若有源电力滤波器的补偿目的

是同时补偿谐波和无功功率

则检测出负载电流中的

无功和谐波分量

如图7a所示

补偿后的电源电流如图7b所示

通过比较补偿后的电源电压

与图5中的电源电压同相位

只存在基波有功分量

达到了补偿的目的

图8给出的是只补偿无功时的波形

在补偿后

电源电流中仅含有一定的谐波分量

在工业应用中

有源电力滤波器主要用于补偿谐波

只补偿谐波的情况占71.7%

在补偿谐波的同时

还补偿无功功率的占20.7%

在补偿谐波的同时

还补偿供电点电压波动的占5.4%

同时补偿谐波

无功功率和负序电流的占1.1%

同时补偿谐波

无功功率极不平衡电流的占1.1%

最后给出该控制下

直流侧电压控制仿真结果

如图9所示

可见直流侧电压稳定

在一个固定的数值

下面总结一下

有源电力滤波器的特点及发展趋势

有源滤波器的特点

具有自适应的能力

能自动的跟踪补偿频率

和大小都变化的谐波和无功分量

响应速度快

可控性能好

补偿效果好

补偿特性受电网技术参数的影响不大

不易与电网阻抗发生谐振

且能抑制由于外电路的谐振

产生的谐波过电压

补偿功能

补偿方式多样化

有源电力滤波器

不仅可以补偿谐波无功和负序电流

还可以抑制电压闪变

平衡三相电压等

有一机多能的特点

在性价比上较为合理

另外

有源电力滤波器

不仅可以对单独的谐波

和无功源进行补偿

也可以对多个谐波

和无功源进行集中补偿

有源电力滤波器控制快速

不存在过载问题

即当系统中谐波较大时

装置仍可以运行

无需断开

装置所占空间虽小

但初期投资较大

电磁干扰较大

这是它的缺点

下面我们来看第四部分

APF的发展趋势

二十世纪八十年代末至今

有源电力滤波器一直是

电力电子技术领域的研究热点之一

关于有源电力滤波器的研究论文

在国际期刊和国际会议上不断发表

这些论文

从有源电力滤波器的主电路拓扑

谐波电流检测

电流跟踪控制等方面

进行了研究和改进

这标志着该领域的研究持续发展

不断深入

为适应不同的补偿对象

和实现补偿的多功能化

人们先后提出了并联型结构

串联型结构和混合型结构的

随着电力电子技术

及相关技术的发展

以及电力市场的形成和发展

电能质量问题

会越来越引起人们的关注

因此

有源电力滤波器

具有良好的发展前景

和潜在的技术经济效益