如何提高電壓質(zhì)量,、治理諧波就成為輸配電技術(shù)中最為迫切的問題之一。低成本的無源濾波器" title="濾波器">濾波器PF(Passive Filter)是目前普遍采用的補(bǔ)償方法,，但其濾波效果與系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)密切相關(guān),，在特定情況下無源濾波器還可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振。電力" title="電力">電力電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制" title="工業(yè)控制">工業(yè)控制領(lǐng)域,，并且用戶對(duì)電能質(zhì)量要求越來越高,，其中最為突出的是電壓質(zhì)量和諧波問題，80年代以來,，利用功率開關(guān)的有源" title="有源">有源電力濾波器APF(Active Power Filter)的研究越來越引起人們關(guān)注,。APF是一種用于動(dòng)態(tài)諧波抑制、無功補(bǔ)償?shù)男滦碗娏﹄娮友b置,，但是由于電源電壓直接加在逆變橋上,，其對(duì)開關(guān)器件電壓等級(jí)要求較高；當(dāng)負(fù)載諧波電流大時(shí),，有源濾波裝置的容量也相應(yīng)較大,；對(duì)于高于有源濾波器開關(guān)頻率的諧波也無法通過有源濾波器濾除,，因此同時(shí)具有較大的補(bǔ)償容量和較寬的補(bǔ)償頻帶較為困難。
將APF與PF相結(jié)合,，合理分擔(dān)補(bǔ)償需求,，可使APF容量減小。混合" title="混合">混合型補(bǔ)償方案的基本原理就是將常規(guī)型APF上承受的基波電壓移去,，使有源裝置只承受諧波電壓,，從而可顯著降低有源裝置的容量，充分發(fā)揮PF的高耐壓,、大容量,、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)以及APF所具有的寬諧波抑制范圍和自動(dòng)跟蹤等優(yōu)勢。
無源濾波器
用于諧波治理的傳統(tǒng)方式為并聯(lián)無源LC濾波器,，選定R,、L、C的參數(shù),，使濾波網(wǎng)絡(luò)在一定的諧波信號(hào)頻率處產(chǎn)生諧振,，從而達(dá)到抑制諧波的目的。無源濾波器主要可以分為兩大類：調(diào)諧濾波器和高通濾波器,。調(diào)諧濾波器實(shí)際應(yīng)用較多的是單調(diào)諧濾波器,，它是利用電感、電容的串聯(lián)諧振原理構(gòu)成的,。
有源濾波器 有源濾波器的等效電路
有源濾波器的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測出諧波電流,，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)中只含有基波分量,，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償電流的目的,。如果要求有源濾波器在補(bǔ)償諧波的同時(shí)，還補(bǔ)償負(fù)載的無功,，則只要在補(bǔ)償電流的指令信號(hào)中增加與負(fù)載電流無功分量反極性的成分即可,。這種濾波器可對(duì)頻率和大小都隨時(shí)間變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行迅速動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償。
(1)諧波檢測諧波的測量方法包括采用模擬帶通(或帶阻)濾波器,、基于傅里葉變換的諧波檢測分析,、基于瞬時(shí)無功功率的諧波檢測等。在諧波和無功電流的實(shí)時(shí)檢測中運(yùn)用最多的是基于瞬時(shí)無功功率的諧波檢測方法,。這里采用以瞬時(shí)無功理論為基礎(chǔ)的p-q運(yùn)算法來實(shí)時(shí)檢測諧波。p-g運(yùn)算法的原理框圖如圖1所示,。
圖1中,，C23=C32T，該方法將三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值變換到α-β兩相正交的坐標(biāo)系上,，根據(jù)定義算出瞬時(shí)實(shí)功率p,、瞬時(shí)虛功率q,，經(jīng)低通濾波器LPF得p、q的直流分量,。電網(wǎng)電壓波形無畸變時(shí),，p為基波有功電流與電壓作用所產(chǎn)生，q為基波無功電流與電壓作用所產(chǎn)生,。于是,，由p、q即可計(jì)算出被檢測電流ia,、ib,、ic的基波分量iaf、ibf,、icf,。將iaf、ibf,、icf與ia,、ib、ic相減,，即可得出諧波分量iah,、ibh、 ich,。
(2)電流跟蹤控制模塊的建立由于有源電力濾波器產(chǎn)生的補(bǔ)償電流應(yīng)實(shí)時(shí)跟隨其指令電流信號(hào)的變化,，即具有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，因此其控制大多采用跟蹤型控制技術(shù),。把希望輸出的波形作為指令信號(hào),，把實(shí)際波形作為反饋信號(hào)，通過比較兩者的瞬時(shí)值決定逆變電路各器件的通斷,，使實(shí)際的輸出跟蹤指令信號(hào)發(fā)生變化,。目前主要采用滯環(huán)比較器的瞬時(shí)值比較方式(hysteresis control)和三角波線性比較方式(tri-angle wave linear control)，這里采用后者,。
混合型有源電力濾波器電路的建立
混合型有源電力濾波器電路結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
由無源和有源濾波器構(gòu)成的混合濾波器有兩種基本連接方式：串聯(lián)型(SHAPF)和并聯(lián)型(PHAPF)，這里采用后者,。其中,，特定次諧波主要由無源濾波器補(bǔ)償，采用多個(gè)單調(diào)諧濾波器組成,，單調(diào)諧濾波器的調(diào)諧頻率根據(jù)被補(bǔ)償對(duì)象的諧波成分確定,，無源濾波器可由5次、7次和11次單調(diào)諧濾波器構(gòu)成。有源濾波器采用電壓型逆變器,，輸出各次諧波電壓的疊加,，用以濾除電網(wǎng)的部分諧波并抑制電網(wǎng)阻抗與無源濾波器之間的諧振。輸出濾波器采用LC低通濾波器,，用以濾除電壓型逆變器開關(guān)器件產(chǎn)生的高頻毛刺,。
仿真" title="仿真">仿真分析
有源電力濾波器采用PSIM進(jìn)行仿真計(jì)算，其參數(shù)設(shè)置為：有源電力濾波器電網(wǎng)電壓為線電壓 380 V,，頻率為50 Hz,。諧波源為常見的晶閘管三相橋式整流電路帶感性負(fù)載，主要諧波含量為5次,，7次諧波,。有源濾波器作用下的仿真結(jié)果如圖3所示，圖4為其仿真結(jié)果的傅里葉分析,。
由仿真結(jié)果可看出,，未投入有源電力濾波器前的負(fù)載電流諧波很大，投入有源電力濾波器可抵消嚴(yán)重畸變的電網(wǎng)諧波電壓,，使負(fù)載諧波電流相對(duì)基波總畸變率THD 由30．44％下降為5.3％(其中5次,、7次、11次諧波分別下降了25．12％,、5．56％,、4．74％)，對(duì)于高次諧波也有良好的濾波特性,。電網(wǎng)電流的波形在經(jīng)過補(bǔ)償后接近為正弦波,，有源電力濾波器具有良好的濾波效果。但僅在有源濾波器的控制作用下,，補(bǔ)償電流約為70 A,，有源濾波器承擔(dān)的補(bǔ)償容量較大。因此,，可以將補(bǔ)償含量較大的低次諧波任務(wù)由無源濾波網(wǎng)絡(luò)承擔(dān),。對(duì)圖2所示的混合有源電力濾波器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖 5所示,。
對(duì)混合有源電力濾波器中,，無源濾波器與有源濾波器各自輸出的補(bǔ)償電流進(jìn)行傅里葉分析，結(jié)果如圖6所示,。
由圖6a,、b可看出，含量較大的5次,、7次諧波主要通過無源濾波器濾除,；輸出電網(wǎng)電流中基本不含5次,、7次諧波成分。有源濾波器對(duì)5次,、7次諧波有一定的補(bǔ)償作用，但補(bǔ)償值大大降低,，如圖6c所示．因而其容量相對(duì)于單獨(dú)使用有源電力濾波器情況下大為減少,。
理論分析和仿真結(jié)果表明，混合型APF的電路結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮無源濾波器和有源濾波器各自優(yōu)點(diǎn),，并減小了有源濾波器的容量,，改善了無源濾波器的性能，達(dá)到了所設(shè)計(jì)的目標(biāo),。特別適用于高壓大容量場合下進(jìn)行諧波和無功功率的綜合治理,。