并聯(lián)混合濾波器中連接電感的仿真研究

0 引言

　　近年來(lái)，髓著(zhù)越來(lái)越多的電力電子設備及非線(xiàn)性、沖擊性設備的廣泛應用，電網(wǎng)中的諧波污染日趨嚴重。諧波的出現不僅使電能生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，而且還會(huì )破壞或影響周?chē)秒娫O備的正常工作，干擾無(wú)線(xiàn)電通訊，從而造成人所共識的危害。因此，對諧波的抑制及濾除日益引起人們的關(guān)注。

　　抑制諧波主要有兩個(gè)基本措施：一是對電力電子裝置進(jìn)行改造，盡量減少諧波的產(chǎn)生；二是安裝諧波補償裝置來(lái)補償諧波，或者安裝濾波裝置將諧波濾除。目前國內在配電網(wǎng)這級用于抑制諧波和調節無(wú)功的傳統方法是采用由電抗器和電容器組成的無(wú)源濾波器(Passive Filter，縮寫(xiě)為PF)，但該慮波器一般只適用于補償固定頻率的諧波，其針對性較強，濾波效果會(huì )受到電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)的影響，嚴重時(shí)甚至會(huì )和電路中其它元件發(fā)生諧振，從而造成諧波的放大。為了克服無(wú)源濾波(PF)的缺點(diǎn)，自上世紀80年代以來(lái)，人們提出了有源濾波(Active Power Filter，縮寫(xiě)為APF)的設計概念。如果將兩者結合起來(lái)一起應用，就構成了本文所提出的混合濾波，即混合濾波器?；旌蠟V波器可以分為并聯(lián)混合濾波器和串聯(lián)混合濾波器兩種類(lèi)型，本文只針對并聯(lián)混合濾波器進(jìn)行研究和分析。

1 并聯(lián)混合濾波器的基本原理

　　圖1為并聯(lián)混合濾波器的原理圖。圖中的非線(xiàn)性負載為主要諧波源，它產(chǎn)生諧波并消耗無(wú)功功率。并聯(lián)混合濾波裝置中的有源濾波部分為整個(gè)電路的核心，它通過(guò)連接電感與輸電線(xiàn)路進(jìn)行連接，其內部又分為兩大部分：一部分用于檢測補償對象的電壓和電流，并經(jīng)過(guò)相應的運算計算出電路諧波和無(wú)功電流分量，有時(shí)候又稱(chēng)為諧波和無(wú)功電流檢測電路；另一部分為補償電流發(fā)生電路，主要根據檢測電路檢測出的相應信號得出相應的指令信號，從而產(chǎn)生實(shí)際的補償電流。目前的有源濾波器主電路均采用PWM變流器。無(wú)源濾波部分只對特定次數的諧波進(jìn)行濾除，本文主要分析電路中存在的5次、7次和11次諧波。

 
2諧波檢測原理及方法

　　諧波檢測的方法有很多種，本文采用基于同步旋轉Park變換的d-q法。其基本思想是將a-b-c坐標系下的電流量變換到d-q坐標系下的諧波與無(wú)功電流來(lái)進(jìn)行檢測圖2所示是用d-q法檢測諧波電流的原理圖。

　　該推導過(guò)程的前提是三相電壓電流必須對稱(chēng)，實(shí)際上，對于不對稱(chēng)系統，上述方法仍然有效。其具體推導過(guò)程可參見(jiàn)有關(guān)文獻。圖3為本文所采用的諧波檢測仿真模型。

 

3連接電感的作用

　　之所以有源濾波器需要通過(guò)連接電感與輸電線(xiàn)路相連接，主要因為電感中的電流不能突變，而有源濾波器中的變流器在變流過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生紋波電流，而接人連接電感可以消除紋波電流(即高次諧波成份)，從而起到平波的作用。然而，連接電感的存在也會(huì )影響到有源濾波器對傳輸線(xiàn)路中電流信號的跟蹤速度。因此，這里就存在一個(gè)難以調和的矛盾，為了濾除紋波電流，要求連接電感的感值要盡量大些；但是，如果要求有源濾波器實(shí)時(shí)快速地跟蹤傳輸線(xiàn)路中的電流信號，連接電感的感值就必須小一些。為了兼具這兩點(diǎn)，在滿(mǎn)足跟蹤速度要求的基礎上，還要盡量濾除紋波電流成份，那么，連接電感的感值就必須取得適中。

4仿真模型及波形分析

　　并聯(lián)混合濾波器的仿真模型如圖4所示，該仿真模型中的非線(xiàn)性負載采用整流橋接RLC電路來(lái)構成矩形負載，其中R=5 Ω，L=50 mH，C=無(wú)限??；輸入信號為標準的三相平衡正弦電壓波形，幅值為220 V。應用快速傅立葉工具分析得到的負載諧波含量如圖5所示，其主要諧波為5次、7次和11次，而且含量很大，因此，應特別為此設計無(wú)源濾波參數。

 
　　事實(shí)上，連接電感對濾波效果會(huì )產(chǎn)生較大的影響，圖6和圖7分別是連接電感為2 mH和3 mH時(shí)的波形圖及其諧波含量分析圖。

 


 
5 結束語(yǔ)

　　本文給出了并聯(lián)混合濾波器的仿真模型，分析了連接電感對諧波抑制的影響，同時(shí)給出了諧波檢測模塊的具體算法。從本文給出的相應波形圖中可以看出，只要合理地選擇各個(gè)參數，并聯(lián)有源濾波器對諧波的抑制效果就十分顯著(zhù)。