并联型三相四线制有源电力滤波器滞环控制电路设计毕业设计(编辑修改稿)

并联型三相四线制有源电力滤波器滞环控制电路设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

路。 补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。 主电路目前均采用 PWM 变流器。 作为主电路的 PWM 变流器，在产生补偿电流时，主要作为逆变器而工作。 但它并不仅仅是作为 逆变器而工作的，如在电网向电力 并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计 第 7 页 共 28 页 有源滤波器直流侧储能元件充电时，它就作为整流器工作。 也就是说，它既工作于逆变状态，也工作于整流状态，且两种工作状态无法严格区分。 因此，一般称其为变流器，而不称之为逆变器。 常用谐波电流检测方法 电力有源滤波器谐波电流的检测不同于一般的谐波测量仪，它一般不需要分解出各次谐波分量，只需检测出除基波电流或基波有功电流之外总的畸变电流即可。 目前电流的检测方法可分为频域和时域两大类。 基于频域的电流检测主要有带通 (带阻 )滤波器检测法、快速傅里叶变换法等，但由于它们固有的缺陷， 检测效果差，不能满足准确、实时性的要求。 时域电流检测法在电力有源滤波器中应用广泛，主要有同步检测法、自适应电流检测法和基于瞬时无功功率理论电流检测法等。 电力有源滤波器的谐波和无功电流检测法对其整体性能至关重要，而基于瞬时无功功率理论的电流检测法具有较高的准确性和实时性，所以是目前电力有源滤波器中使用最多的谐波和无功电流检测法。 本文也主要对基于瞬时无功功率理论的电流检测法作深入讨论。 常用的补偿电流的控制方法 电力有源滤波器要动态补偿负载中的谐波和无功电流，其电流波形可能复杂、变化速度快且有很大 的随机性。 因此当电力有源滤波器的主电路及控制对象确定后，其补偿电流的控制方法将成为决定其性能和效率的关键性环节。 现在比较常用的有三角波脉宽调制电流控制方法、滞环比较电流控制方法、无差拍电流控制方法。 日本电气学会的调查结果表明，三角波脉宽调制方法和滞环比较电流控制方法在实际应用中大体各占了一半。 这两种方法各有优缺点，在实际应用中可以根据系统要求进行选择。 并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计 第 8 页 共 28 页 第 2 章 各种 有源电力滤波器的结构、控制方法及原理分析 并联型有源电力滤波器 并联型电力有源滤波器通过检测负荷产生的谐 波和吸收的无功电流，利用电力电子装置注入与负荷谐波和无功电流大小相等、相位相反的电流，实现对无功和谐波的补偿。 并联型有源电力滤波器的基本原理 并联型电力有源滤波器的基本结构如图 所示。 它主要由补偿电流检测回路、控制驱动回路以及由电力电子器件和电容或电感构成的主回路组成。 设非线性负荷产生的周期性非正弦电流为 ()Lit，将其分解为基频有功电流()lpit、基频无功电流 ()lqit， 谐波电流 ()lhit 其中 ()Lit= ()lpit+ ()lqit+ ()lhit （ 21） 又由图 可得： ()sit= ()Lit+ ()cit （ 22） 假设： ()cit= ()lpit ()Lit=[ ()lqit+ ()lhit] （ 23） 则系统仅需向负载提供基频有功电流，即 ()sit= ()lpit （ 24） 并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计 第 9 页 共 28 页 图 并联电流型电力有源滤波器的基本结构 图 中各部分的功能如下： （ 1） 补偿电流检测回路主要是完成谐波和无功 电流的检测，是实现补偿的基础。 由于这种检测不需要分解出各次谐波分量和无功电流，只需检测出谐波或谐波与无功电流之和，同时考虑到基波的检测比谐波的检测容易得多，因此常常采用检测负荷的基频或基频有功电流的方法来得到参考补偿电流。 （ 2） 驱动控制回路的主要任务是根据参考指令电流，确定各电力电子器件的开关状态，并由此形成各个通道的驱动信号。 （ 3） 主回路主要是根据控制触发信号产生所需的补偿电流，主回路各器件决定的容量决定了该装置的补偿容量。 并联型有源电力 滤波器的基本结构 APF与系统相并联， 相当于一个谐波电流发生器，可产生与负载谐波大小相等方向相反的谐波电流，从而抵消线路上的谐波电流而将电源侧电流补偿为正弦波。 同时，并联型 APF也可用于补偿负荷的无功功率、工频电流的负序和零序等。 目前并联型 APF技术已相当成熟，工程上应用较多，具体结构如图。 串联型有源电力滤波器 串联型电力有源滤波器具有多种结构形式 ，这里将详细介绍一种具有很好应用前景的基于基波磁通补偿的串联型有源滤波器。 基于基波磁通补偿的串联有源滤波器只需检测电网电流的基波，并跟踪产生基波补偿电流，在满足补偿条件下，将串联变压器铁心中基波主磁通补偿为零，从而实现串联变压器对电网基波电流呈低阻抗，而对谐波电流呈高阻抗，它可以 并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计 第 10 页 共 28 页 单独使用，也可以与并联无源 (并联有源 )构成串联混合型滤波器。 APF通过变压器串联在电网与负载之间，相当于一个受控电压源。 其工作原理是通过检测环节测量电网中的谐波电压分量 ，产生与之相反的附加电压信号，从而实现系统与谐波的隔离，使电源端电压恢复为正弦波。 串联型 APF主要用于调节电压和功率因数、消除电压变、隔离电压谐波等。 由于串联型 APF损耗大，投切故障后的退出及各种保护比并联型复杂，目前单独使用的较少。 基本结构如图 混合型有源电力滤波器 APF，这种滤波器充分利用无源滤波器 (PF)和有源滤波器的优点。 PF用来消除高次谐波， APF用来补偿低次谐波分量。 两者相互弥补不足，达到降低成本，提高效率的目的。 并联 APF与并联 PF相结合的混合型 APF方案中 PF分担大部 分谐波， APF仅补偿所需的各次谐波电流，因此 APF容量很小，但使用这种混合滤波器时，电源与 APF之间及 APF与 PF之间存在谐波通道，特别是后者可能使 APF注入的谐波电流又流入 PF及系统中联接的滤波电容中。 串联 APF加并联 PF的结构 方案中 APF对工频呈低阻抗而对谐波呈高阻，因此 APF相当于电源和负载之间的谐波隔离器，保证电网的谐波电压不会加到负载和 PF上，而负载的谐波电流也不电力系统 L APF C 非线性负载 图 并联型有源电力滤波器结构图 并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计 第 11 页 共 28 页 会流入电网。 APF通过变压器串联在系统中，绝缘较困难，并且 APF要承担所有负载电流，这将直接影响该种混合滤波器的补偿性能。 APF与 PF相 串联的混合型APF方案中 APF产生与系统中谐波分量成比例的电压，相当于一个电流控制电压源。 为了便于保护和隔离，注入变压器要联接在 PF的中性点上。 该电路的缺点是采用开环控制策略，这样会对电网中的谐波电压非常敏感。 其结构图如图 各种有源电力滤波器的控制方法 由于有源电力滤波器的类型和控制目标很多，这就决定有源电力滤波器的控电力系统 L T APF C 非线性负载 图 串联型有源电力滤波器结构图 电力系统 L T APF C 非线性负载 PF 图 混合型有源电力滤波器 并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计 第 12 页 共 28 页 制技术非常丰富 ，总体来说，有源电力滤波器的控制方式 可以分为三大类：对系统电源侧电压、电流进行控制；对系统负载侧电压、电流进行控制；对系统电源和负载侧电压、电流同时进行控制。 由于有源电力滤波器中的可控功率元件开关频率需要高于被补偿的最高次谐波频率的 2倍以上，控制可控功率元件开关状态的信号是脉冲宽度调制信号，因此有源电力滤波器的控制策略主要是如何实现脉冲宽度调制。 三角载波线性电流控制和滞环跟踪控制适用于模拟控制系统和微机控制系统，目前是使用最多也是最成熟的两种控制方法。 特定次数谐波消除控制方法和自适应控制方法适用于微机控制系统。 特定次数谐波消除控制方法需要事 先计算出要消除的若干次指定谐波，在负载经常变化的情况下，跟随特性难以保证，目前较少使用；自适应控制方法因反应较慢，算法复杂，目前尚在理论研究之中，在有源电力滤波器中没有得到工程应用。 并联型三相四线制有源电力滤波器滞环电路设计 第 13 页 共 28 页 第三章 瞬时无功功率理论及 谐波无功电流检测方法 瞬时无功功率理论概述 三相电路瞬时无功功率理论自八十年代提出来以来，在许多方面得到了成功的应用。 该理论突破了传统的以平均值为基础的功率定义，系统地定义了瞬时无功功率和瞬时有功功率等瞬时功率量。 以该理论为基础的谐波和无功电流实时检测方法在电力有源滤波器中得 到了成功和广泛的应用。 本章首先介绍瞬时无功功率的基本理论，然后介绍基于该理论的谐波和无功电流实时检测方法。 1983年， Akgai等人提出了 αβ坐标系下的瞬时无功功率理论，其基本思路是 :将 abc三相系统电压、电流转换成 αβ坐标系下的矢量，将电压、电流矢量的点积定义为瞬时实电功率，电压、电流矢量的矢量积定义为瞬时虚电功率，并由此导出瞬时无功电流和瞬时无功功率。 （ 1） abc坐标系与 αβ坐标系之间的变换关系 设三相电路各相电压、电流的瞬时值分别为 ae 、 be 、 ce 和 ai 、 bi 、 ci 把它们分别变换到两相正交的 αβ坐标系 : 32abceeCeee   （ 31） 32abciiCiii。