大容量有源电力滤波器实现方法的研究

 大容量有源电力滤波器实现方法的研宄*西安交通大学卓放何益宏李红雨王兆安（西安710049）行了讨论。提出了一种以不带变压器的四重化PWM变流器为主电路的大容量有源电力滤波器的实现方法，给出了系统结构拓扑，分析了系统的控制原理……这种主电路可以不通过变压器，直接并入或串入中、低压配电网，用作电压调节、谐波抑制和无功补偿。这种有源电力滤波器的特点是：主电路元器件的开关频率与电网的频率一致，每个器件在一个电网周期内只开关一次；其次是可以不用变压器直接接入电网；再者是由于系统的开关频率低，所以电磁干扰、开关损耗都比较低。因此比较适合中、低压电网的无功补偿和谐波抑制。 在以上所述的3种方案中，多重化主电路是*为合理有效的方案。与小容量开关器件串并联的方案相比，主电路多重化在满足容量要求的同时，控制电路也可以只用一套，经济上也更为合理。另外，采用多重化主电路的另一个好处是可以在控制上采取措施。提高整个装置的等效开关频率。使系|统*后。 得到的开关频率数倍于电力电子器件自身所允许的开关频率，以取得良好的补偿特性。 基于上述设想，设计制作了采用四重化主电路的有源电力滤波器实验装置其主电路为4组PWM变流器通过进线电抗器并联连接，每组PWM变流器的容量为30kVA，使整个有源电力滤波器装置的谐波补偿容量达到120kVA，4组变流器采用一套控制电路统一控制。谐波补偿电流指令的计算采用了基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法，以取得良好的动态响应性能。为平衡各变流器的输出功率，控制电路将计算出的补偿信号按幅值平均分配给4组变流器的电流跟踪控制电路，从而使每组变流器输出的容量为总容量的1/4.为提高系统输出的等效开关频率每组变流器在进行电流跟踪控制时，其开关时刻的控制不再是独立的，而是统一进行协调，各组变流器在开通时刻上彼此相错一定的角度，整个装置的等效开关频率为器件开关频率的4倍，从而获得良好的补偿效果。 3四重化主电路实现的大功率有源电力滤波器结合国内外大功率有源电力滤波器的发展情况，针对常压工业负载设计了一种以不带变压器的四重化PWM变流器为主电路的有源电力滤波器，电路可直接进入工业电网，减小设备投资。为有源电力滤波器的主电路原理图。主电路由4组PWM变流器通过进线电抗器并联组成。4组PWM变流器的直流侧并联在一起共用一组直流电容器。 工作时，各组根据控制电路计算的谐波指令电流，通过各自的电流跟踪环节控制，产生谐波补偿电流，这些谐波电流相加后与负载谐波源总的谐波电流成分相等，以抵消谐波源负载电流中的谐波成分，使流入电源侧的电流为不含谐波的正弦基波电流4.按主电路的拓扑结构，结合并联型有源电力滤波器的工作原理，示出了采用四重化主电路的利用所研制的有源电力滤波器装置对电路进行了谐波补偿实验。谐波源由一个带电感性负载卓放：男，1962年5月生，副教授。研究方向为谐波抑制与电力电子技术。 在进行谐波补偿时，可将4组变流器所产生的谐波补偿电流看成是4个电流源输出的电流与负载谐波电流iL之间进行的迭加运算。流入电源侧的电流就是含有谐波电流的负载电流与各有源电力滤波器输出的电流之间的迭加。控制时，对每组的输出容量进行均衡控制，使每组所产生的谐波电流均为负载中谐波电流的1/4.这样，当各组电流id、ic2、ic3和与负载电流iL相加后，流入电源的电流is便成为不含有谐波成分的基波电流。 四重化PWM变流器单相等效电路为提高有源电力滤波器的等效输出开关频率，给出了整个控制系统的计算电路原理框图和时基脉冲分配示意图。为协调4组PWM变流器的补偿控制，每组均设置了电流跟踪控制电路和驱动保护电路，电流跟踪控制的时基脉冲由控制电路统一处理，按一定的时序分配到各跟踪控制模块。具体实现时，让第二组的基准时钟落后**组基准时钟折合电角度90°，第三组的基准时钟落后第二组基准时钟折合电角度90°，依次类推。这样，系统*终得到的开关频率是各组频率的4倍。各PWM变流器的时基脉冲分配原理图可参见。 的三相整流桥组成。给出了投入有源电力滤波器前后的实验波形和对应的频谱图。从给出的波形图和频谱图可以看出，补偿前，三相电流波形为正负交变的梯形波，波形畸变严重，频谱图中的高次谐波分量具有一定的幅值；补偿后电源电流波形得到明显改善，基本成为正弦，频谱图中，高次谐波电流成分基本消除，说明有源电力滤波器有着良好的补偿效果。 5结论提出了以不带变压器的四重化PWM变流器为主电路的大容量有源电力滤波器的实现方法，该方法有效地解决了有源电力滤波器在大容量时所遇见的容量和开关频率之间的矛盾。结论如下：采用多重化主电路可以解决大容量单个电力电子器件开关频率过低的问题，多重化主电路可以使系统等效开关频率成倍提高，使有源电力滤波器有良好的补偿效果。 采用多重化主电路可以成倍扩大装置的补偿容量。