基于基波磁通補償?shù)拇?lián)混合型有源濾波器研究.pdf

1、電力系統(tǒng)沖擊性、非線性負(fù)載容量的不斷增加使電力系統(tǒng)出現(xiàn)了電壓電流波形畸變、電壓波動、閃變和三相不平衡等電能質(zhì)量問題，而現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中所使用的各種先進的精密儀器與設(shè)備對供電質(zhì)量要求越來越高。在全面總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上作者將變壓器理論和現(xiàn)代電力電子技術(shù)的結(jié)合，研究了用于電力系統(tǒng)動態(tài)諧波抑制的有源濾波器和電力系統(tǒng)中可以實現(xiàn)多種功能的可調(diào)電抗器，并對幾種含有變壓器的柔性輸電裝置進行了分析，主要研究成果為：1)對電力系統(tǒng)諧波電壓(或電流)進

2、行了分析，得出基于連續(xù)信號傅立葉級數(shù)的各次諧波系數(shù)的計算公式，并根據(jù)歐拉公式推導(dǎo)了該計算公式與Matlab中的FFT函數(shù)計算出的諧波系數(shù)的關(guān)系，實例應(yīng)用證明了這種分析的正確性。通過仿真解釋了兩種典型的諧波源的物理本質(zhì)和分類依據(jù)。簡要分析了包含無源濾波器在內(nèi)的串聯(lián)混合型有源濾波系統(tǒng)的整體參數(shù)設(shè)計方案。2)介紹了一種基于磁通可控的可調(diào)電抗器，這種可調(diào)電抗器中包含一個串聯(lián)變壓器，當(dāng)在變壓器的二次側(cè)采用有源的方式注入一個與一次側(cè)電流頻率相同、相

3、位相反的電流時，隨著注入電流的幅值的變化，變壓器的主磁通會發(fā)生連續(xù)變化，從而可以實現(xiàn)變壓器的一次側(cè)阻抗的連續(xù)無級可調(diào)。本文詳細分析了二次側(cè)注入電流與一次側(cè)注入電流在相位和幅值變化時所必需滿足的穩(wěn)定性條件，根據(jù)該穩(wěn)定性條件解釋了該可調(diào)電抗器之所以能穩(wěn)定工作的原因。當(dāng)基于磁通可控的可調(diào)電抗器的兩種特殊工作狀態(tài)應(yīng)用到有源濾波器時，可以得到一種基于基波磁通補償?shù)幕旌闲陀性措娏V波器。這種濾波方案通過檢測變壓器一次側(cè)的基波電流，并采用電壓型PWM

4、逆變器來產(chǎn)生一個基波補償電流。將此基波補償電流注入串聯(lián)變壓器的二次側(cè)，當(dāng)二次側(cè)注入基波電流和電網(wǎng)電流中的基波成分滿足基波補償條件時，串聯(lián)變壓器對基波呈現(xiàn)變壓器一次側(cè)漏阻抗，而對諧波呈現(xiàn)勵磁阻抗。這種有源濾波器通過提高了系統(tǒng)對諧波的阻抗從而迫使諧波電流流入無源濾波器支路，真正起到了諧波隔離的作用。與國內(nèi)外現(xiàn)有串聯(lián)型有源濾波器方案完全不同，這種方案只需檢測、跟蹤基波電流，補償基波磁通，因此對電流跟蹤控制方式的頻帶要求很低，且性能穩(wěn)定，電路結(jié)

5、構(gòu)簡單，易于在工程中實現(xiàn)。本文還分析了有源濾波系統(tǒng)在什么條件下可以不加高次無源諧波濾波器和高通濾波器，同時對這種基于基波磁通補償有源電力濾波器如何用于三相諧波源的濾波做了詳細介紹。3)為了解決大容量有源濾波器，提出了一種變壓器二次側(cè)采用多繞組的結(jié)構(gòu)的方案。這種變壓器結(jié)構(gòu)二次側(cè)采用多繞組，每個繞組與一個用來產(chǎn)生基波補償電流的PWM逆變器相接，當(dāng)多個補償電流共同作用產(chǎn)生的基波磁勢與一次側(cè)基波磁勢完全平衡時，變壓器對基波呈現(xiàn)近似為零的阻抗，而

6、對諧波呈現(xiàn)勵磁阻抗。當(dāng)串聯(lián)變壓器采用多個繞組結(jié)構(gòu)時，二次側(cè)的基波補償電流可由多個逆變器來共同提供，從而可以滿足大容量串聯(lián)型有源濾波器的要求，本文分析了二次側(cè)繞組參數(shù)和逆變器參數(shù)不一致的影響。帶80kVA三相諧波負(fù)載的有源濾波系統(tǒng)的實驗結(jié)果證明了上述基于基波磁通補償?shù)拇?lián)混合型有源濾波器及為了實現(xiàn)大容量二次側(cè)采用多繞組的原理的正確性。4)對有源濾波器中的基波或諧波檢測進行了深入研究，首次研究了基于瞬時無功功率理論的ip-iq運算方式中鎖相

7、環(huán)節(jié)對諧波檢測的影響，得出當(dāng)電網(wǎng)頻率幾乎不變時如果僅僅進行諧波檢測這種檢測方法不要鎖相環(huán)節(jié)也可以準(zhǔn)確地檢測出諧波的結(jié)論。對基于瞬時無功功率的兩種改進檢測方法進行了理論分析，證明了這兩種改進型檢測方法本質(zhì)上的一致性。從現(xiàn)代濾波方法中引入了兩種基波檢測方式，一種是采用LC并聯(lián)諧振的基波檢測方法，該檢測電路由一個LC構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。另一種方法是采用開關(guān)電容濾波器的基波檢測方法。對這兩種新的檢測方法的原理、檢測精度、動態(tài)響應(yīng)和電路實現(xiàn)進行詳

8、細分析和實驗論證。5)對目前應(yīng)用較多三種電流控制(滯環(huán)電流控制，三角波比較電流控制和周期采樣法)按照單相和三相兩種情況進行了原理和仿真分析，給出了各自的特點和適用范圍，重點闡述了滯環(huán)電流控制參數(shù)選擇原則和三角波比較電流控制的特點。6)研究了三種用于對基于基波磁通補償?shù)拇?lián)混合型有源濾波器進行保護的方案：將串聯(lián)變壓器的二次側(cè)短路的方法；用氧化鋅避雷器對過電壓進行保護；采用變壓器磁飽和對串聯(lián)變壓器進行特殊設(shè)計。結(jié)合實例解釋了串聯(lián)變壓器的勵磁