獨立電源系統有源濾波器諧波和無(wú)功電流補償策略研究

① 當諧波電流次數補償優(yōu)先級功能開(kāi)啟時(shí)，有源濾波器首先補償優(yōu)先級高的諧波電流。該電流完全補償后，如果有源濾波器還未達到其限流輸出，有源濾波器再依次補償優(yōu)先級較低的諧波電流，最終使有源濾波器的輸出達到限流補償狀態(tài)。

② 當諧波電流次數補償優(yōu)先級功能關(guān)閉時(shí)，有源濾波器補償所選擇次數的諧波沒(méi)有先后之分。將所有選擇的諧波電流乘以一個(gè)小于1的比例系數，保持有源濾波器工作在限流補償狀態(tài)，因此所選的諧波不能被完全補償。

(3)諧波電流的全部補償

諧波電流全部補償，相當于在諧波電流部分補償時(shí)，將所有能夠補償的諧波電流全部選中。在該補償狀態(tài)下，如果將優(yōu)先級功能打開(kāi)，首先必須認為將所有次數諧波按照補償優(yōu)先級別高低進(jìn)行分類(lèi)。而后，有源濾波器根據諧波補償次數的優(yōu)先級別，首先補償優(yōu)先級較高的諧波電流，而后再補償優(yōu)先級次之的諧波電流，直到有源濾波器達到設定的限流輸出值。因此，在工業(yè)化應用過(guò)程中，可以實(shí)現將有限的輸出功率補償用戶(hù)需要補償的諧波電流，以便用戶(hù)在有源濾波器的諧波電流補償功能與線(xiàn)路中其它設備補償功能之間得到更好的匹配。

3.1.2 單獨補償無(wú)功電流

有源濾波器補償獨立電源系統中的無(wú)功電流，當有源濾波器設定的限流輸出值大于需要補償的無(wú)功電流時(shí)，電源中的無(wú)功電流能夠被完全補償。當有源濾波器設定的限流輸出值不能滿(mǎn)足全部無(wú)功功率補償時(shí)，需要將無(wú)功電流乘以比例系數kq再進(jìn)行補償。此時(shí)，有源濾波器處理單元根據提取出無(wú)功電流不斷計算比例系數kq，并在補償過(guò)程中實(shí)時(shí)更新。其數學(xué)表達式為：

(4)

式中：Iout-q表示有源濾波器單獨補償無(wú)功時(shí)的輸出補償電流;Iq為非線(xiàn)性負載中的無(wú)功電流;Iq-ms為非線(xiàn)性負載中無(wú)功電流的有效值;k為有源濾波器額定補償功率百分比;IAPF為有源濾波器額定補償電流有效值。

3.1.3 諧波和無(wú)功電流同時(shí)補償

獨立電源系統有源濾波器，在諧波和無(wú)功電流同時(shí)補償時(shí)有3種策略可以選擇：諧波補償優(yōu)先、無(wú)功補償優(yōu)先和二者優(yōu)先級相同。諧波補償優(yōu)先時(shí)，首先優(yōu)先補償電源系統中的諧波電流，當補償需要的諧波電流后，如果有源濾波器還未達到限流補償狀態(tài)，即有源濾波器還有一定剩余的補償容量，將其用于補償系統的無(wú)功功率。無(wú)功補償優(yōu)先時(shí)，即當有源濾波器在補償過(guò)程中，其補償功率首先用于電源系統的無(wú)功電流補償，而后，如果補償系統還有剩余的補償容量，則補償電源系統中的諧波電流。諧波補償和無(wú)功補償優(yōu)先級相同時(shí)，當有源濾波器的補償容量滿(mǎn)足二者全部補償時(shí)，直接將二者同時(shí)輸出補償即可。否則，電源中的諧波和無(wú)功電流不能得到全部補償，補償電流需要乘以比例系數后再注入電網(wǎng)。

3.2 新型策略的補償性能分析

針對該新型補償策略的補償性能，現以補償電源中的諧波電流為例加以說(shuō)明。如果電源系統接入非線(xiàn)性負載后，電源電流為380A，電源的總諧波電流畸變率THDi=32%。計算得出負載電流中的基波電流為362A，統計(2~25)次諧波內的諧波電流，其中5次、7次、11次、13次、17次諧波含量較大，其電流畸變率及諧波電流值如表1所示。

表1 非線(xiàn)性負載電流、畸變率及其各次諧波含量

如果設置諧波電流全部補償，則需要有源濾波器的補償電流為116A。由于有源濾波器的補償能力僅為100A，諧波電流不能被全部補償。對該表中所列次數的諧波電流進(jìn)行分次補償，且各次諧波電流之間沒(méi)有優(yōu)先級。補償電流為其實(shí)際需求的90.7%，各次諧波電流的補償電流、剩余電流及其諧波百分含量如表2所示。

表2 無(wú)優(yōu)先級時(shí)，所選次數的諧波全部補償電流及補償后其各次諧波含量

由表2可知，經(jīng)過(guò)無(wú)優(yōu)先級的補償后，仍有部分次諧波電流超過(guò)國家標準。當假設優(yōu)先級順序按照表2中由前至后，5次諧波電流優(yōu)先級最高，17次優(yōu)先級最低。利用本文提出的方法經(jīng)過(guò)補償后得到結果如表3所示。

表3 通過(guò)優(yōu)先級算法后，需要補償諧波電流的補償效果表

比較表2和表3可知，固定補償容量的有源濾波器通過(guò)優(yōu)先級補償算法后，各次諧波電流得到了有效的補償，且均達到了規定標準，使得有源濾波器有效的補償電流容量，在需要補償的各次諧波電流中得到了更好的分配和合理的利用。同時(shí)，也方便用戶(hù)實(shí)現對固定次諧波電流的有效濾除功能。同樣，在單獨補償無(wú)功電流以及諧波和無(wú)功電流同時(shí)補償時(shí)，本文提出的補償策略均發(fā)揮了較好的補償效果。

3.3補償策略的軟件實(shí)現

有源濾波器的補償策略軟件控制部分通過(guò)DSP實(shí)現，其補償策略的選擇框圖如圖2所示。由圖中可以得知，針對不同的應用場(chǎng)合，有源濾波器選擇不同的補償策略，不但能夠很好地滿(mǎn)足實(shí)際工況的需求，并可提高有源濾波器的補償效益。

圖2 有源濾波器的補償策略框圖

針對有源濾波器工作在諧波和無(wú)功電流同時(shí)補償時(shí)，其系統的軟件流程框圖如圖3所示。

基爾霍夫電流相關(guān)文章:基爾霍夫電流定律

電源濾波器相關(guān)文章:電源濾波器原理

上一頁(yè) 1 2 3 下一頁(yè)