一種基于TTA算法的船用有源濾波器

2017-06-22 14:20:17上海江南長興重工有限責任公司總裝部

大陸橋視野 2017年8期

金磊/上海江南長興重工有限責任公司總裝部

一種基于TTA算法的船用有源濾波器

金磊/上海江南長興重工有限責任公司總裝部

船舶上變壓器，變頻器，同步發電機等必然會產生諧波電流，船用有源濾波器的使用可以明顯改善電流波形，減小電壓與電流的畸變率，提高系統功率因素。文中詳細介紹了TTA算法應用于船用有源濾波器的優點與實現過程。使用PSIM仿真驗證了TTA算法應用于船用有源濾波器有較好的諧波與無功補償效果。

船用有源濾波器；諧波抑制；TTA算法

船舶上變壓器的勵磁回路具有非線性電感，會導致勵磁電流發生波形畸變，變壓器空載合閘產生的勵磁涌流也會產生正負半波不對稱的畸變電流。隨著基于電力電子器件實現的變頻調速的發展，船舶上的電機調速等更多依賴于變頻器，變頻器的增加必然會產生更多的諧波電流。諧波電流的存在，會導致船舶發電機的效率降低，使船舶電氣設備易出現過熱，振動和噪音，還會導致繼保裝置與自動控制裝置的可靠性降低，會對通信設備與電子設備產生嚴重的電磁干擾。

傳統抑制諧波電流方法大多采用LC無源濾波裝置，但是其主要缺點為損耗大，成本高，只能補償固定頻率諧波。有源電力濾波器的優點為：避免發生諧振的危險，能夠精確的動態補償，成本較低。有源濾波器的基本原理為首先檢測出負載的諧波電流，然后有源濾波器向電網發送與之大小相等、方向相反的補償電流，最終進入電網的電流僅僅含有基波分量。本論文最后通過PSIM仿真驗證表明，采用的主電路結構，控制算法能夠起到良好的諧波抑制作用。

一、基本原理分析

如圖1所示為船用電力有源濾波器的拓撲。IAl，IBl，ICl為非線性負載產生的電流，包含基波有功電流，基波無功電流，高次諧波電流。如果有源濾波器產生的電流IAc，IBc，ICc為基波無功電流與高次諧波電流，則根據基爾霍夫定律，IAs，IBs，ICs僅僅含有基波有功電流。

圖1 船用有源濾波器拓撲

二、 TTA算法分析

首先對負載電流進行分析,將負載電流分解為正序電流分量，負序電流分量，零序電流分量：

式中下標0對應零序分量，1對應正序分量，2對應負序分量，n對應諧波次數，m=0時代表A相，m=1時代表B相，m=2時代表C相。

將上式i(t)乘以sin(wt-2mπ/3)可以得到：

式中ih為2次以上諧波電流所得乘積項總和，下標11對應基波正序分量，下標21對應基波負序分量，下標01對應基波零序分量。

將上式經過低通濾波器（截止頻率低于兩倍的基波頻率）可以得到直流分量：

同上原理，將i(t)乘以cos(wt-2mπ/3)，然后經過低通濾波器可以得到：

將A,B,C三相的直流分量相加可得到基波的正序d軸分量與q分量：

將輸出電流的d軸分量與基波電流的正序d軸分量相減得到諧波電流的d軸分量：

如上式所得，ind就是需要補償的諧波電流，將此諧波電流加入電流控制環，Iq為需要補償的諧波無功電流與基波無功電流之和。下圖2所示，U*dc為直流側電壓給定指令，本船用有源電力濾波器設置為750V，Udc為直流側采樣電壓。比較后的差值經PI調節后輸出為電流內環的指令電流id*,因為需要保證輸出電流的功率因素接近1，所以電流內環指令i*q等于負載的iq。三相電網電流經坐標變換得到輸出電流id，iq。ed，eq為電網電壓的前饋補償，加入前饋補償能夠有效的提高系統對電網電壓擾動的抗干擾能力。