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有源电力滤波器的一般原理及应用

 作者:浙江大学电气工程学院 陈国柱,吕征宇,钱照明 来源:中国电机工程学报 

 

 
 

  ·串联PF与并联APF(CCCS)的HAPF;

    ·串联APF(CCVS)与并联APF(VCCS);

    ·并联APF(VCVS)与并联PF相串联;

        ·串联APF(VCVS); 

  …

4 应用实例

  作为有应用价值的1个例子,可构造出这样1个混合有源电力滤波器(HAPF)。采用的技术途径有①无源滤波器(PF)降低滤波支路阻抗;②一个VCVS基本有源单元串联,使电网支路对电网谐波电压呈无限阻抗(开路),以减小其对负载侧的传递,即VC1=G·Vrh(G=-1);③一个CCVS单元串联,使电网支路对负载谐波电流阻抗增大(有限阻抗),即VC2=k·Ish,如图8。

  显然,采用第3种技术途径,即增大Zs同时减小ZF的综合方案;既应用了串联的CCVS(图5),也应用了按第3节方法构造出来的串联VCVS。它除有串联HAPF的优点外,还较适应于电网畸变严重或负载对电网谐波敏感的应用中。根据叠加原理,VCVS与CCVS可叠加成一个受控电压源,它受Ish和Vrh的共同控制。其原理图和谐波等效电路图如


    从式(9)(10)可见,这种方案的HAPF,能有效地抑制负载谐波电流和电网谐波电压对电网谐波电流污染。而且,大大减少了负载侧的谐波电压。

5 对应用例子的仿真与实验

  为了验证受控源变换阻抗原理,对图5所示等效的三相应用例子进行了原理级(必要部分还进行了器件级)的仿真,并将它应用到一个旨在50 kVA变频器谐波抑制装置上。
  原理级仿真以PSIM4.0(CANADA POWER-SIM)为主,并用SABER验证;器件级仿真在SABER及PSPICE8上进行。主要仿真与实验参数如下:

  负载:50kVA/380 V,三相不控整流,电容滤波;电网谐波电压严重畸变,相对于基波总畸变率THDv为12%,其中:V5=10.6%,V7=5.5%;耦合变压器10:1,带宽1kHz;一组特殊设计小无功电流、高谐波电流的多组PF(含5、7、11、13次及高通)。主要波形如图9、10所示。

  从图9、10可见,该HAPF可抵消严重畸变的电网谐波电压,使负载谐波电压相对基波总畸变率THDv下降为2.7%,(其中V5:1.7%;V7:1.15%);电网谐波电流也大为降低,相对基波总畸变率THDi由启动前85%下降为小于1.7%。
  同时,模型实验与仿真波形吻合较好,波形如图11。
  电网电流Is和负载电压VL接近于正弦波,谐波指标符合国家标准(GB/T14549-93)和IEEE-519。表明这种HAPF对电网谐波电压对负载端的影响和非线性负载谐波电流对电网的污染均具有良好的抑制作用。从而说明了APF的受控源支路变换原理的有效性。

6 结论
  本文应用受控源支路阻抗变换原理,对众多的电力有源滤波器从基本原理上分成4类,并归纳其实现技术途径为3种。它适合于现有的和将来的APF结构。从该原理出发,还可容易地组合出新型混合有源电力滤波器。本文给出了一个应用该原理组合出HAPF的例子,对该例进行了仿真和模型实验验证。结果表明,该原理理论性和实践性均较好,具有通用性。


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