三 電力有源濾波器

3.1基本原理描述

3.2控制策略分析首

頁三電力有源濾波器下頁返回3.1基本原理描述所有的下標(biāo)“1”表示基波分量，“h”表示諧波分量假定系統(tǒng)電壓為理想的正弦波，負(fù)載電流iLoad為基波分量iLoad1和諧波分量iLoadh之和，即：電力有源濾波器下頁上頁返回設(shè)下標(biāo)“p”為有功分量，并定義為直軸分量；下標(biāo)“q”為無功分量，此即為交軸分量。將基波分量和諧波分量分解后可得：根據(jù)有功功率的定義知，總的有功功率：電力有源濾波器下頁上頁返回對應(yīng)的無功功率可表示為：模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud電力有源濾波器下頁上頁返回模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模塊1將三相交流變量變?yōu)橥叫D(zhuǎn)的坐標(biāo)系。直軸電流分量為：交軸電流分量為：電力有源濾波器下頁上頁返回模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiudDUd=Udset-Ud將直軸電流分量與直流電壓取得平衡，反映直流電壓調(diào)整的和有功電流的表征電流為：電力有源濾波器下頁上頁返回模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模塊2為直流電壓比較環(huán)節(jié)。模塊3為PI控制器。用于直流電壓的穩(wěn)定控制電力有源濾波器反映負(fù)載基波電流與直流電壓的等效電流之和的綜合電流為：下頁上頁返回模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模塊4只允許基波分量電流通過。模塊5將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)再變?yōu)槿嗤叫D(zhuǎn)坐標(biāo)。電力有源濾波器下頁上頁返回模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模塊6的第一個比較環(huán)節(jié)將綜合電流與負(fù)載電流進(jìn)行比較，其電流之差i*只存在負(fù)載的諧波電流與直流電壓等效電流，其表達(dá)式為：電力有源濾波器下頁上頁返回模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模塊6的第二個比較環(huán)節(jié)中將綜合電流與補(bǔ)償電流進(jìn)行比較。在該比較環(huán)節(jié)中，補(bǔ)償電流的符號與該電流的參考方向要對應(yīng)。電力有源濾波器下頁上頁返回ms調(diào)制波0msmsms20404040402020200-2525-505000iL/Ais/Aicom/A50-50理想情況下，若并接的有源濾波器將其負(fù)載諧波進(jìn)行了完全補(bǔ)償，即系統(tǒng)輸出電流已成為理想的正弦波，則負(fù)載電流iL、系統(tǒng)輸出電流波形is和濾波器的補(bǔ)償電流icom如圖所示。電力有源濾波器下頁上頁返回3.2控制策略分析根據(jù)電路的基本原理，有源濾波器連接電感中的電流與在它兩端所施加的電壓應(yīng)滿足下列方程：上式移相后可得：若連接電感工作在非線性區(qū)，則應(yīng)有：電力有源濾波器下頁上頁返回假定負(fù)載電流的諧波得到完全補(bǔ)償，系統(tǒng)輸出電流為理想的正弦波，且節(jié)點(diǎn)電壓也近似認(rèn)為是理想的正弦波：PWM的調(diào)制波應(yīng)該滿足

的要求當(dāng)電感工作在飽和區(qū)時，PWM調(diào)制波根據(jù)

進(jìn)行控制。電力有源濾波器下頁上頁返回模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud若連接電感工作在線性區(qū)，根據(jù)假定和右圖，負(fù)載電流、系統(tǒng)輸出電流與有源濾波器的補(bǔ)償電流之間的關(guān)系為：電力有源濾波器下頁上頁返回ms調(diào)制波0msmsms20404040402020200-2525-505000iL/Ais/Aicom/A50-50完整的理想波形如圖

所示，調(diào)制波與節(jié)點(diǎn)電壓之間有一個相位差，它與補(bǔ)償電流和連接電感的大小有關(guān)。電力有源濾波器下頁上頁返回模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud控制方程組為：電力有源濾波器下頁上頁返回id：節(jié)點(diǎn)處輸出的有功電流分量，id*

：直流電壓的幅值，iud

：來源于直流整定電壓Udset與實(shí)際反饋電壓的比較輸出:設(shè)節(jié)點(diǎn)電壓的相角為零，則:K:適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)電力有源濾波器下頁上頁返回理想穩(wěn)態(tài)情況下，電流i*的交、直軸諧波分量與負(fù)載交、直軸諧波電流分量完全對應(yīng)，它也是補(bǔ)償電流應(yīng)該輸出的電流。逆變器等效基波輸出電壓與負(fù)載電流的諧波成分、直流電壓支撐負(fù)載所需有功功率之間的關(guān)系為：K4：相應(yīng)量綱的比例系數(shù)電力有源濾波器下頁上頁返回理想情況下，PWM的調(diào)制信號只剩下對應(yīng)于直流電壓的基波調(diào)制分量，輸出電壓中只含有有功分量。ms調(diào)制波0msmsms20404040402020200-2525-505000iL/Ais/Aicom/A50-50電力有源濾波器下頁上頁返回根據(jù)逆變器交直流電量的轉(zhuǎn)化關(guān)系得知：M：轉(zhuǎn)換系數(shù)d：Ucom與U之間的相位差電力有源濾波器下頁上頁返回由于直流側(cè)只含有有功電流分量，由此可推得：假設(shè)系統(tǒng)工作在完全諧波補(bǔ)償?shù)睦硐霠顟B(tài)，因此有對式求導(dǎo)后得：一般情況下d較小，可用cosd≈1、sind≈0來簡化上式。電力有源濾波器下頁上頁返回補(bǔ)償電流有功分量與直流電壓相對應(yīng)：對上式求導(dǎo)后可得：電力有源濾波器下頁上頁返回考慮到DUd

=Udset

–Ud

和可改寫為：…………電力有源濾波器下頁上頁返回電力有源濾波器模塊3模塊2模塊5模塊1模塊4模塊7iLoad模塊6iLoadicom派克變換有源濾波器等效負(fù)載線路阻抗波紋過濾器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud有源濾波器對負(fù)載的基波無功沒有補(bǔ)償作用，僅僅只對諧波的無功有補(bǔ)償作用。下頁上頁返回電力有源濾波器方波負(fù)載下，電流總畸變率約為28.9%，假設(shè)諧波的功率因數(shù)角為6倍的基波功率因數(shù)角，b分量的補(bǔ)償電流為：j1：負(fù)載基波對應(yīng)的等效功率因數(shù)角若控制系統(tǒng)具有無功補(bǔ)償?shù)墓δ?，則b分量的補(bǔ)償電流可近似表示為：下頁上頁返回電力有源濾波器考慮到式

的控制策略，同時假設(shè)系統(tǒng)處于理想補(bǔ)償條件，即在任何時候都有ih+icom=0，因此有：…………下頁上頁返回電力有源濾波器通過給定負(fù)載方波可求解基波分量及相應(yīng)