直流側APF主電路參數與補償性能的關(guān)系

1　引言

　　電力電子裝置的廣泛應用，在電力系統中產(chǎn)生了大量的電力諧波。電力諧波主要有以下幾個(gè)方面的危害[1-3]：使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用效率降低；使電器過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲；并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀；引起電力系統局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀；引起繼電保護和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計量出現混亂；對于電力系統外部，諧波對通信設備和電子設備會(huì )產(chǎn)生嚴重的電磁干擾等。有源電力濾波器(APF)被認為是一種很有前途的諧波治理方法。文中討論的直流側APF主要針對整流負載的諧波治理[4]。

　　直流側有源電力濾波器主電路的參數與其補償性能和整個(gè)系統的成本有著(zhù)密切的關(guān)系，因此主電路參數的確定就尤為重要。主電路參數選取是否適當，不僅決定系統能否正常工作，而且影響系統的補償性能，還影響整個(gè)系統的成本。文中分別討論了主電路的主要參數(電感L、直流側儲能電容C)以及電容電壓Uc與補償性能之間的關(guān)系，并給出了參數選取標準。為直流側有源電力濾波器主電路參數的設計提供了理論依據。最后，根據文中提出的參數選取標準，設計并調試了一臺試驗樣機，試驗結果證明了文中理論分析的正確性。

2　直流側APF的工作原理[4]
　　
　　與交流側APF相比，直流側APF主電路結構由全橋或半橋結構簡(jiǎn)化為雙向 Boost結構。其功率級電路如圖1所示，其中L、S1、S2、Cp構成兩象限Boost型變換器。開(kāi)關(guān)S1、S2互補導通，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，S1導通的時(shí)間為占空比D對應的時(shí)間。

　　對于 DC側APF來(lái)說(shuō)，如果從整流橋直流側向輸出端看去，負載和與之相并聯(lián)的DC側APF一起視為純電阻，則達到了控制目的。此時(shí)，對于電源來(lái)說(shuō)，可以用一個(gè)等效電阻來(lái)模擬非線(xiàn)性負載與DC側APF相并聯(lián)的整體電路，并設該等效電阻為Re，則DC側APF的控制目標可表示為

　　(1)
　　在準靜態(tài)狀態(tài)，兩象限Boost變換器的輸入輸出關(guān)系滿(mǎn)足

　　(2)
　　將DC側APF的控制目標(1)式帶入(2)式，等式兩邊同乘電流ig取樣比Rs,得到

　　(3)
　　令，則(3)式可以簡(jiǎn)寫(xiě)為

　　(4)
　　在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期TS內，認為ig、vm近似不變，對(4)式兩邊同時(shí)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內積分，得

　　(5)
　　方程（5）可以采用單周控制方式[4]來(lái)實(shí)現。如果在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中都滿(mǎn)足了(5)式，也就使電網(wǎng)輸出電流保持為正弦波，達到了諧波補償的目的。

3主電路參數與補償性能的關(guān)系

3.1電感L的確定

　　控制APF中各開(kāi)關(guān)器件的目的是使APF產(chǎn)生的補償電流能夠實(shí)時(shí)跟蹤非線(xiàn)性負載電流中的諧波和無(wú)功電流的變化，并提供大小相同、方向相反的諧波和無(wú)功電流，使電網(wǎng)向負載和APF構成的整體電路提供正弦電流。電感電流的動(dòng)態(tài)指標決定了APF的跟蹤效果。從理論上講，在一定范圍內，電感電流的動(dòng)態(tài)變化率越大，補償效果越好。在ugmax，Uc相同的情況下，如果L的值小一些，就會(huì )大一些。當然也不是L越小越好。L越小，越大，會(huì )在補償電流中產(chǎn)生過(guò)大的紋波電流，從而影響補償效果。因此應確定APF可以跟蹤的負載電流最大變化率。下面將推導確定負載電流變化最大值的近似公式。如果APF的開(kāi)關(guān)頻率為fs，那么APF能夠補償的最高次數諧波頻率
fh＝

　　(6)
電流傳感器相關(guān)文章:電流傳感器原理