并聯(lián)型有源濾波器的基本工作原理

李祖喜

(三峽大學 外語學院,湖北宜昌 443002)

并聯(lián)型有源濾波器的基本工作原理

李祖喜

(三峽大學 外語學院,湖北宜昌 443002)

通過對有源濾波基本工作原理的分析,得出并聯(lián)型有源電力濾波器采用的補償策略不同,獲得的性能指標也不相同,并聯(lián)型源電力濾波器的控制目標是保證三相電源進線電流成為與對應負載電壓相同的對稱正弦電流。

并聯(lián)有源濾波器;諧波;功率因素

在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)高度發(fā)達的今天,電力系統(tǒng)中非線性負荷側(cè)大量增加。電力系統(tǒng)中電子裝置的開關(guān)動作向電網(wǎng)中注入了大量的諧波和次諧波分量,使得交流電網(wǎng)中的電壓和電流波形嚴重失真,成為主要的諧波源。民用和商業(yè)用電占城市用電的比例較大,其中數(shù)量龐大的電冰箱、電視機、電扇、洗衣機、計算機和空調(diào)等家用電器產(chǎn)生的諧波電流,由于工作同時性強,已成為配電網(wǎng)中諧波的主要污染源。電能質(zhì)量的下降將嚴重影響供、用電設備的安全。治理諧波是提高供電電能質(zhì)量的主要研究內(nèi)容之一,也是現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全而經(jīng)濟運行的迫切要求。因此,用有源電力濾波器來抑制和補償諧波,可提高電能質(zhì)量。

1 有源濾波器的結(jié)構(gòu)

有源濾波器由電流諧波分量檢測部分、電流諧波風涼控制電路部分、脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation,PWM)逆變器部分、注入變壓器構(gòu)成的輸出部分和由直流電抗器構(gòu)成的直流電源部分等5部分組成(見圖 1)。有源濾波器在結(jié)構(gòu)上采用了具有自動換流能力的可關(guān)斷晶閘管(gate turn-off thyristor,GTO)組成的高頻逆變器,能夠?qū)⒅绷麟娏髯優(yōu)榻涣麟娏鳌Ｓ性礊V波器是由直流電抗或電流構(gòu)成的儲能直流電源,經(jīng)逆變器把存儲在電抗(或電容)中的支流電能轉(zhuǎn)換為所需的頻率和波形的交流電流,再由注入變壓器注入到供電線路。脈沖寬度調(diào)制逆變器同時兼有向直流電抗器(或電容器)提供電能的功能,這個過程直接受高次諧波電流補償量檢測及其控制電路的控制[1]。

圖1 有源濾波器的結(jié)構(gòu)框圖

2 并聯(lián)有源濾波器的工作原理和特點

由于電網(wǎng)中存在無功和諧波污染,可確定并聯(lián)型有源濾波器實現(xiàn)的功能為:無論負載輸入電壓是否成為三相對稱正弦電壓,電源輸出位于對應相負載電壓相位相同的三相對稱正弦電流,即整個系統(tǒng)要以實現(xiàn)消諧和無功補償控制為目標。系統(tǒng)設計要求為:輸入電流總諧波畸變率及各次諧波滿足IEEE519標準;輸入功率因數(shù)高于0.95且連續(xù)可調(diào);負載變化調(diào)節(jié)時間低于一個電網(wǎng)電壓周期。

并聯(lián)有源濾波器裝置結(jié)構(gòu)見圖2[2],其中主電路采用三相橋式電壓源逆變器,并聯(lián)有源電力濾波器與負載直接并聯(lián)。逆變電路采用電流控制技術(shù),整個裝置就可以同時實現(xiàn)消諧和無功補償功能。在圖2中,is為電網(wǎng)提供的電流;il為負載電流;ic為有源濾波器的輸出電流。

圖2 單相有源濾波器的結(jié)構(gòu)圖

將圖2中的負載電流il按傅里葉級數(shù)展開為

式中:ilp為基波有功電流,ilp=ilcosθ1sinωt

ilq為基波無功電流,ilq=ilsinθ1cosωt

in為高次諧波電流,

圖2中,il=is+ic,即負載電流il由電源電流is和有源濾波器輸出的電流ic共同提供,如果控制有源濾波器的輸出電流,使il=in,則電源中就只有基波功率了,即is=ilp+ilq,從而達到抑制諧波的目的。總之,有源濾波器產(chǎn)生一個與電源諧波幅值相同,相位相反的諧波注入諧波源,即可以將諧波抵消掉,使之不回流入系統(tǒng)。經(jīng)上述分析可以看到,有源濾波器可同時補償無功功率,這只需使ic=ilq+in,則is=ilp,即電源中就只含基波有功電流,使電源電流成為正弦且電網(wǎng)功率因數(shù)為1。

根據(jù)前面對有源濾波器工作原理的分析,有源濾波器的特點如下:

1)有源濾波器可對各次諧波和分數(shù)諧波均能有效地抑制,并且可提高功率因數(shù)。

2)當系統(tǒng)阻抗和頻率發(fā)生波動時,有源濾波器不會影響補償效果。

3)有源濾波器不會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象,并能抑制由于外電路的諧振產(chǎn)生的諧波電流。

4)用一臺有源濾波器裝置就可以實現(xiàn)對各次諧波和基波無功功率的補償。

5)不存在過載問題,即當系統(tǒng)中諧波較大時,有源濾波器裝置仍可運行,無需斷開。

并聯(lián)型有源電力濾波器采用的補償策略不同,對不同的實際情況,獲得的性能指標也不相同。本文設計的并聯(lián)有源電力濾波器的控制目標是保證三相電源進線電流成為與對應負載電壓相同的對稱正弦電流。

[1] 楊軍,王兆安,邱關(guān)源.并聯(lián)型電力有源濾波器直流側(cè)電壓的控制[J].電力電子技術(shù),1996(4):48-50.

[2] 王良,郝榮泰.三相不平衡有源無功和高次諧波補償器控制系統(tǒng)的研究[J].電工技術(shù)學報,1996(4):31-35.

The Basic Working Principle of Shun t Active Power Filter

Li Zuxi
(College of Foreign Languages,Three Gorges University,Yichang,Hubei 443002,China)

By analysis of the basic working p rincip le of shunt active power filter,the paper conclude that for different compensation strategiesof shunt active power filter,different performance index was obtained.The control purpose of shunt active power filter is to guarantee the current of three-phase supply becoming the sy metrical sine wave current which is the same as corresponding load voltage.

shunt active power filter;harmonic wave;power factor

TN713+.8

A

1671-2544(2010)06-0044-02

2010-06-12

李祖喜(1965— ),男,湖北宜昌人,三峽大學外語學院語言中心高級工程師,碩士。

(責任編輯:鄒禮平)