諧波抑制中的濾波器及其拓?fù)?/h1>
2012-05-29 10:55:46郭瑞宙李衛(wèi)國劉瑤
電氣開關(guān) 2012年3期
郭瑞宙，李衛(wèi)國，劉瑤
(華北電力大學(xué)高電壓與電磁兼容北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)
1 引言
隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷大量增加，使電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題正變得越來越嚴(yán)峻。與此同時(shí)，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化以及各種復(fù)雜的精密設(shè)備，對(duì)電能質(zhì)量也提出了更高的要求。如何抑制電網(wǎng)諧波，改善電能質(zhì)量成為近年來研究的熱點(diǎn)。為了抑制電網(wǎng)中的諧波，人們開始利用各種濾波器對(duì)諧波進(jìn)行抑制，以保證設(shè)備乃至整個(gè)電網(wǎng)的正常工作。有源電力濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置。它具有響應(yīng)速度快、能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，因此廣受關(guān)注，并出現(xiàn)了眾多的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案。而無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是應(yīng)用廣泛的被動(dòng)諧波治理方法。
2 有源電力濾波器
2.1 有源電力濾波器
傳統(tǒng)應(yīng)用的諧波補(bǔ)償裝置是無源濾波器，但無源濾波器存在體積龐大，濾波效果差等缺點(diǎn)。電力電子元件組成的有源電力濾波器最近得到了快速發(fā)展。電力有源濾波器(APF)是一種用子動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置［1］。采用諧波和無功快速實(shí)時(shí)測(cè)量，能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，利用電力電子技術(shù)進(jìn)行波形的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，可以克服無源濾波器受系統(tǒng)阻抗影響的缺點(diǎn)，更有效地治理諧波污染，但電力有源濾波器(APF)目前仍存在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、成本較高、單臺(tái)補(bǔ)償容量低、不易消除高次諧波、在實(shí)現(xiàn)上仍需LC濾波器的輔助等問題。
促使有源濾波器得以迅速發(fā)展主要因素有兩個(gè):一是大功率可關(guān)斷器件的研制和應(yīng)用，如大功率門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和場(chǎng)控晶閘管(MCT)等器件的逐步應(yīng)用，使逆變器產(chǎn)生大功率電流電壓成為可能;二是瞬時(shí)無功功率理論為三相系統(tǒng)畸變電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)提供了理論依據(jù)。
電力有源濾波器(APF)的主電路原理圖如圖1所示，它的基本工作原理是檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電流和電壓，經(jīng)諧波和無功電流檢測(cè)電路計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無功等電流相抵消，最終得到期望的電源電流。
圖1 有源電力濾波器原理圖
2.2 有源電力濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
電力有源濾波器［2］(APF)可分為電壓型和電流型。從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式來看，電力有源濾波器(APF)又可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型，以并聯(lián)型占實(shí)用裝置的大多數(shù)。
2.2.1 并聯(lián)型有源電力濾波器
并聯(lián)型APF(如圖2)相當(dāng)于一個(gè)諧波電流發(fā)生器，它跟蹤諧波源電流中的諧波分量，產(chǎn)生與之相反的諧波電流，從而抵消諧波源產(chǎn)生的諧波電流。通過不同的控制作用，可以對(duì)諧波、無功、不平衡分量等進(jìn)行補(bǔ)償。幾個(gè)有源濾波器還可以并聯(lián)起來使用，來補(bǔ)償大容量的諧波電流。但因電源電壓直接加在逆變器上，對(duì)開關(guān)器件電壓等級(jí)要求高;負(fù)載諧波電流含量高時(shí)，有源濾波裝置的容量也必須很大，投資也大。故它只適合于電流型諧波源的治理。
2.2.2 串聯(lián)型有源電力濾波器
圖2 并聯(lián)單獨(dú)有源電力濾波器
串聯(lián)型APF通過變壓器串聯(lián)于輸電線路中(如圖3)，是另一種基本的APF形式，它相當(dāng)于一個(gè)電壓控制電壓源，跟蹤諧波源電壓中的諧波分量，產(chǎn)生與之相反的諧波電壓，從而隔離諧波電壓。有源裝置容量小，運(yùn)行效率高，對(duì)電壓型諧波源有較好補(bǔ)償特性。故串聯(lián)型APF既可用于改善系統(tǒng)的供電電壓，為負(fù)載提供基波正弦供電電壓;又可用于治理電壓型諧波負(fù)載。但串聯(lián)型APF存在絕緣強(qiáng)度高，難以適應(yīng)線路故障條件以及不能進(jìn)行無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)热秉c(diǎn)，且負(fù)載的基波電流全都流過連接用的變壓器，其工程實(shí)用性受到限制。負(fù)載諧波含量較大時(shí)串聯(lián)型APF裝置容量很大，初投資大。
圖3 串聯(lián)單獨(dú)使用的有源電力濾波器
2.2.3 有源電力濾波器與無源濾波器的組合拓?fù)?/p>
單獨(dú)使用的并聯(lián)型和串聯(lián)型APF由于存在有源裝置容量較大、開關(guān)器件的等級(jí)較高、初投資大、效率低的缺點(diǎn);因此，在研究APF多功能化的同時(shí)，人們也致力于使有源裝置容量降低的混合補(bǔ)償方案研究。混合型有源濾波器HAPF可分為兩類，一是與無源濾波器PF的混合，目的是降低成本，充分發(fā)揮APF和PF的優(yōu)勢(shì);二是與其他變流器的混合，目的是完善HAPF的功能，一般其中一個(gè)主要負(fù)責(zé)補(bǔ)償無功，而另一個(gè)主要負(fù)責(zé)治理諧波。一般有并聯(lián)型APF和并聯(lián)PF相結(jié)合的混合型有源電力濾波器和串聯(lián)型APF和并聯(lián)型PF相結(jié)合的混合型濾波器。
3 無源濾波器
現(xiàn)在雖然提出了有源濾波等新興的技術(shù)來抑制諧波，但由于其容量較小，成本較高，因此實(shí)際工程應(yīng)用中大多數(shù)仍然采用技術(shù)較為成熟的無源濾波器，相對(duì)來說價(jià)格便宜，容易實(shí)現(xiàn)。常用的無源濾波器［3］有單調(diào)諧、二階高通和C型高通三種［4］。
單調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)如圖4(a)所示，包括電容器C、電抗器L、電阻R。其對(duì)n次諧波的阻抗為:
式中:ω為基波角頻率。工作原理:單調(diào)諧濾波器是利用串聯(lián)L、C諧振原理構(gòu)成的，諧振次數(shù)n為:
圖4 單調(diào)諧濾波器、二階高通濾波器、C型高通濾波器的結(jié)構(gòu)
在諧振點(diǎn)處，Z=R，因R很小，n次諧波電流主要由R分流，很少流入電網(wǎng)中，對(duì)于其他次數(shù)的諧波，Z遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R，諧波分流很少。因此，只要將濾波器的諧振次數(shù)設(shè)定為與需要濾除的諧波次數(shù)一樣，則該次諧波將流入無源濾波器，從而起到濾除該次諧波的目的。
二階高通濾波器(如圖4(b))的一個(gè)重要參數(shù)是截止頻率f，高通濾波器之所以稱為高通就是因?yàn)樵陬l率大于截止頻率以后其呈現(xiàn)低阻抗，對(duì)截止頻率以后的諧波有濾波作用;當(dāng)頻率低于f時(shí)，濾波器阻抗明顯增加，使低次諧波電流難以通過。截止頻率的計(jì)算式為:
C型高通濾波器(如圖4(c))也是在截止頻率f之后表現(xiàn)出較低的阻抗，對(duì)高次諧波濾波。為了降低濾波器的損耗，它采用了電容器C和電抗器L在工頻發(fā)生串聯(lián)諧振，則C型高通濾波器的基波損耗理論上可以為0。
一般無源濾波器除了濾除諧波的作用外，還要補(bǔ)償基波無功功率。設(shè)負(fù)荷的容量為SMVA，補(bǔ)償前的功率因數(shù)角為α，補(bǔ)償后的功率因數(shù)角為β，則需要補(bǔ)償?shù)目偀o功功率為:
當(dāng)濾波器由多個(gè)濾波器組成時(shí)，要將需要補(bǔ)償?shù)目偀o功功率分配到各個(gè)濾波器作為各個(gè)濾波器要補(bǔ)償?shù)臒o功功率。單調(diào)諧濾波器之間進(jìn)行功率分配時(shí)為了使各個(gè)單調(diào)諧濾波器的電容器承受諧波電壓基本一致，其分配的功率與其諧振次數(shù)的諧波電流和諧振次數(shù)的比值成正比。而高通濾波器則可能要濾除幾次諧波電流單調(diào)諧分配公式。
4 諧波檢測(cè)的方法
諧波抑制的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生出一個(gè)與該諧波電流大小相等，極性相反的補(bǔ)償電流。補(bǔ)償特性取決于由負(fù)載電流中提取諧波電流的算法。因此，有源濾波器控制的關(guān)鍵問題之一就是找到一種算法，該算法可以精確的從負(fù)荷電流中提取欲補(bǔ)償?shù)闹C波電流分量的幅值和相位，從而為控制提供參考。諧波檢測(cè)的算法很多，其中在有源濾波器中應(yīng)用最廣的是“基于瞬時(shí)無功理論”的瞬時(shí)空間矢量法。應(yīng)用這種方法檢測(cè)諧波除低通濾波消除直流分量外，其他是瞬時(shí)計(jì)算，響應(yīng)速度很快。一般來說，諧波的檢測(cè)方法有p－q檢測(cè)方法、ip－iq檢測(cè)方法、d－q檢測(cè)方法。這里主要介紹p－q檢測(cè)方法和d－q檢測(cè)方法。
4.1 p－q檢測(cè)方法
p－q檢測(cè)框圖如圖5所示。
圖5 p－q檢測(cè)方法原理圖
此法根據(jù)定義算出p、q，經(jīng)過低通濾波器(LPF)得到p、q的直流分量ˉ。市電電壓波形無畸變時(shí)為基波有功電流與電壓的作用產(chǎn)生為基波無功電流與電壓的作用產(chǎn)生。于是，由ˉˉ即可檢測(cè)出電流ia、ib、ic的基波分量 iaf、ibf、icf。
將 iaf、ibf、icf與 ia、ib、ic相減得到 ia、ib、ic的諧波分量 iah、ibh、ich。
對(duì)于三相三線制電路，只要市電電壓波形發(fā)生畸變，不論三相電壓、電流是否對(duì)稱，p－q法檢測(cè)的結(jié)果都有誤差，只是誤差情況有所不同。
4.2 d－q檢測(cè)方法
d－q法是目前諧波實(shí)時(shí)計(jì)算的主要方法，此方法的特點(diǎn)是不僅簡化了對(duì)稱無畸下的電流增量檢測(cè)，而且也適用于不對(duì)稱有畸變的市電電壓檢測(cè)，其原理如下:
瞬時(shí)三相電流或電壓通過如下的變換，變換到d－q坐標(biāo)上。
式中:
d－q檢測(cè)法的原理如圖6所示。
圖6 d－q檢測(cè)方法原理圖
圖5中ia、ib、ic為三相輸入電流，iaf、ibf、icf為計(jì)算基波輸出電流，它們之差即為三相諧波電流 iah、ibh、ich。d－q變換是將靜止坐標(biāo)系中的相量變換到以基波角速度旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系中，變換后的信號(hào)與原信號(hào)頻率相差一個(gè)基波頻率，即50Hz。如果信號(hào)為典型的三相特征諧波1st(基波)、5th、7th等，則分別對(duì)應(yīng)于dq坐標(biāo)系中的直流、4th、6th等。低通濾波器濾除所有交流諧波后，其直流成分通過d－q反變換即可得到基波電流。
5 結(jié)束語
為了更好地解決輸電網(wǎng)絡(luò)中的諧波問題，既需要合理地組合使用有源電力濾波器和無源濾波器，也需要繼續(xù)去改善一些諧波抑制、濾波的算法，以保證電能質(zhì)量以及精密設(shè)備的安全正常運(yùn)行。
［1］張?jiān)捍?談電力系統(tǒng)的諧波及其抑制措施［J］.安徽電氣工程技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，11(1):33－35.
［2］王躍球，唐杰.有源電力濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較研究［J］.船電技術(shù)，2006，4:35－38.
［3］袁川，阮廣，賈玲.無源濾波器設(shè)計(jì)及其在諧波治理中的作用［J］.四川電力技術(shù)，2005，1.
［4］張喜驗(yàn)，童陸園，耿俊成，等.無源濾波器在抑制電網(wǎng)諧波中的應(yīng)用［J］.山東科學(xué)，2006，19(5):62－65.
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郭瑞宙，李衛(wèi)國，劉瑤
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1 引言
隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷大量增加，使電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題正變得越來越嚴(yán)峻。與此同時(shí)，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化以及各種復(fù)雜的精密設(shè)備，對(duì)電能質(zhì)量也提出了更高的要求。如何抑制電網(wǎng)諧波，改善電能質(zhì)量成為近年來研究的熱點(diǎn)。為了抑制電網(wǎng)中的諧波，人們開始利用各種濾波器對(duì)諧波進(jìn)行抑制，以保證設(shè)備乃至整個(gè)電網(wǎng)的正常工作。有源電力濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置。它具有響應(yīng)速度快、能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，因此廣受關(guān)注，并出現(xiàn)了眾多的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案。而無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是應(yīng)用廣泛的被動(dòng)諧波治理方法。
2 有源電力濾波器
2.1 有源電力濾波器
傳統(tǒng)應(yīng)用的諧波補(bǔ)償裝置是無源濾波器，但無源濾波器存在體積龐大，濾波效果差等缺點(diǎn)。電力電子元件組成的有源電力濾波器最近得到了快速發(fā)展。電力有源濾波器(APF)是一種用子動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置［1］。采用諧波和無功快速實(shí)時(shí)測(cè)量，能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，利用電力電子技術(shù)進(jìn)行波形的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，可以克服無源濾波器受系統(tǒng)阻抗影響的缺點(diǎn)，更有效地治理諧波污染，但電力有源濾波器(APF)目前仍存在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、成本較高、單臺(tái)補(bǔ)償容量低、不易消除高次諧波、在實(shí)現(xiàn)上仍需LC濾波器的輔助等問題。
促使有源濾波器得以迅速發(fā)展主要因素有兩個(gè):一是大功率可關(guān)斷器件的研制和應(yīng)用，如大功率門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和場(chǎng)控晶閘管(MCT)等器件的逐步應(yīng)用，使逆變器產(chǎn)生大功率電流電壓成為可能;二是瞬時(shí)無功功率理論為三相系統(tǒng)畸變電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)提供了理論依據(jù)。
電力有源濾波器(APF)的主電路原理圖如圖1所示，它的基本工作原理是檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電流和電壓，經(jīng)諧波和無功電流檢測(cè)電路計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無功等電流相抵消，最終得到期望的電源電流。
圖1 有源電力濾波器原理圖
2.2 有源電力濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
電力有源濾波器［2］(APF)可分為電壓型和電流型。從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式來看，電力有源濾波器(APF)又可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型，以并聯(lián)型占實(shí)用裝置的大多數(shù)。
2.2.1 并聯(lián)型有源電力濾波器
并聯(lián)型APF(如圖2)相當(dāng)于一個(gè)諧波電流發(fā)生器，它跟蹤諧波源電流中的諧波分量，產(chǎn)生與之相反的諧波電流，從而抵消諧波源產(chǎn)生的諧波電流。通過不同的控制作用，可以對(duì)諧波、無功、不平衡分量等進(jìn)行補(bǔ)償。幾個(gè)有源濾波器還可以并聯(lián)起來使用，來補(bǔ)償大容量的諧波電流。但因電源電壓直接加在逆變器上，對(duì)開關(guān)器件電壓等級(jí)要求高;負(fù)載諧波電流含量高時(shí)，有源濾波裝置的容量也必須很大，投資也大。故它只適合于電流型諧波源的治理。
2.2.2 串聯(lián)型有源電力濾波器
圖2 并聯(lián)單獨(dú)有源電力濾波器
串聯(lián)型APF通過變壓器串聯(lián)于輸電線路中(如圖3)，是另一種基本的APF形式，它相當(dāng)于一個(gè)電壓控制電壓源，跟蹤諧波源電壓中的諧波分量，產(chǎn)生與之相反的諧波電壓，從而隔離諧波電壓。有源裝置容量小，運(yùn)行效率高，對(duì)電壓型諧波源有較好補(bǔ)償特性。故串聯(lián)型APF既可用于改善系統(tǒng)的供電電壓，為負(fù)載提供基波正弦供電電壓;又可用于治理電壓型諧波負(fù)載。但串聯(lián)型APF存在絕緣強(qiáng)度高，難以適應(yīng)線路故障條件以及不能進(jìn)行無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)热秉c(diǎn)，且負(fù)載的基波電流全都流過連接用的變壓器，其工程實(shí)用性受到限制。負(fù)載諧波含量較大時(shí)串聯(lián)型APF裝置容量很大，初投資大。
圖3 串聯(lián)單獨(dú)使用的有源電力濾波器
2.2.3 有源電力濾波器與無源濾波器的組合拓?fù)?/p>
單獨(dú)使用的并聯(lián)型和串聯(lián)型APF由于存在有源裝置容量較大、開關(guān)器件的等級(jí)較高、初投資大、效率低的缺點(diǎn);因此，在研究APF多功能化的同時(shí)，人們也致力于使有源裝置容量降低的混合補(bǔ)償方案研究。混合型有源濾波器HAPF可分為兩類，一是與無源濾波器PF的混合，目的是降低成本，充分發(fā)揮APF和PF的優(yōu)勢(shì);二是與其他變流器的混合，目的是完善HAPF的功能，一般其中一個(gè)主要負(fù)責(zé)補(bǔ)償無功，而另一個(gè)主要負(fù)責(zé)治理諧波。一般有并聯(lián)型APF和并聯(lián)PF相結(jié)合的混合型有源電力濾波器和串聯(lián)型APF和并聯(lián)型PF相結(jié)合的混合型濾波器。
3 無源濾波器
現(xiàn)在雖然提出了有源濾波等新興的技術(shù)來抑制諧波，但由于其容量較小，成本較高，因此實(shí)際工程應(yīng)用中大多數(shù)仍然采用技術(shù)較為成熟的無源濾波器，相對(duì)來說價(jià)格便宜，容易實(shí)現(xiàn)。常用的無源濾波器［3］有單調(diào)諧、二階高通和C型高通三種［4］。
單調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)如圖4(a)所示，包括電容器C、電抗器L、電阻R。其對(duì)n次諧波的阻抗為:
式中:ω為基波角頻率。工作原理:單調(diào)諧濾波器是利用串聯(lián)L、C諧振原理構(gòu)成的，諧振次數(shù)n為:
圖4 單調(diào)諧濾波器、二階高通濾波器、C型高通濾波器的結(jié)構(gòu)
在諧振點(diǎn)處，Z=R，因R很小，n次諧波電流主要由R分流，很少流入電網(wǎng)中，對(duì)于其他次數(shù)的諧波，Z遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R，諧波分流很少。因此，只要將濾波器的諧振次數(shù)設(shè)定為與需要濾除的諧波次數(shù)一樣，則該次諧波將流入無源濾波器，從而起到濾除該次諧波的目的。
二階高通濾波器(如圖4(b))的一個(gè)重要參數(shù)是截止頻率f，高通濾波器之所以稱為高通就是因?yàn)樵陬l率大于截止頻率以后其呈現(xiàn)低阻抗，對(duì)截止頻率以后的諧波有濾波作用;當(dāng)頻率低于f時(shí)，濾波器阻抗明顯增加，使低次諧波電流難以通過。截止頻率的計(jì)算式為:
C型高通濾波器(如圖4(c))也是在截止頻率f之后表現(xiàn)出較低的阻抗，對(duì)高次諧波濾波。為了降低濾波器的損耗，它采用了電容器C和電抗器L在工頻發(fā)生串聯(lián)諧振，則C型高通濾波器的基波損耗理論上可以為0。
一般無源濾波器除了濾除諧波的作用外，還要補(bǔ)償基波無功功率。設(shè)負(fù)荷的容量為SMVA，補(bǔ)償前的功率因數(shù)角為α，補(bǔ)償后的功率因數(shù)角為β，則需要補(bǔ)償?shù)目偀o功功率為:
當(dāng)濾波器由多個(gè)濾波器組成時(shí)，要將需要補(bǔ)償?shù)目偀o功功率分配到各個(gè)濾波器作為各個(gè)濾波器要補(bǔ)償?shù)臒o功功率。單調(diào)諧濾波器之間進(jìn)行功率分配時(shí)為了使各個(gè)單調(diào)諧濾波器的電容器承受諧波電壓基本一致，其分配的功率與其諧振次數(shù)的諧波電流和諧振次數(shù)的比值成正比。而高通濾波器則可能要濾除幾次諧波電流單調(diào)諧分配公式。
4 諧波檢測(cè)的方法
諧波抑制的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生出一個(gè)與該諧波電流大小相等，極性相反的補(bǔ)償電流。補(bǔ)償特性取決于由負(fù)載電流中提取諧波電流的算法。因此，有源濾波器控制的關(guān)鍵問題之一就是找到一種算法，該算法可以精確的從負(fù)荷電流中提取欲補(bǔ)償?shù)闹C波電流分量的幅值和相位，從而為控制提供參考。諧波檢測(cè)的算法很多，其中在有源濾波器中應(yīng)用最廣的是“基于瞬時(shí)無功理論”的瞬時(shí)空間矢量法。應(yīng)用這種方法檢測(cè)諧波除低通濾波消除直流分量外，其他是瞬時(shí)計(jì)算，響應(yīng)速度很快。一般來說，諧波的檢測(cè)方法有p－q檢測(cè)方法、ip－iq檢測(cè)方法、d－q檢測(cè)方法。這里主要介紹p－q檢測(cè)方法和d－q檢測(cè)方法。
4.1 p－q檢測(cè)方法
p－q檢測(cè)框圖如圖5所示。
圖5 p－q檢測(cè)方法原理圖
此法根據(jù)定義算出p、q，經(jīng)過低通濾波器(LPF)得到p、q的直流分量ˉ。市電電壓波形無畸變時(shí)為基波有功電流與電壓的作用產(chǎn)生為基波無功電流與電壓的作用產(chǎn)生。于是，由ˉˉ即可檢測(cè)出電流ia、ib、ic的基波分量 iaf、ibf、icf。
將 iaf、ibf、icf與 ia、ib、ic相減得到 ia、ib、ic的諧波分量 iah、ibh、ich。
對(duì)于三相三線制電路，只要市電電壓波形發(fā)生畸變，不論三相電壓、電流是否對(duì)稱，p－q法檢測(cè)的結(jié)果都有誤差，只是誤差情況有所不同。
4.2 d－q檢測(cè)方法
d－q法是目前諧波實(shí)時(shí)計(jì)算的主要方法，此方法的特點(diǎn)是不僅簡化了對(duì)稱無畸下的電流增量檢測(cè)，而且也適用于不對(duì)稱有畸變的市電電壓檢測(cè)，其原理如下:
瞬時(shí)三相電流或電壓通過如下的變換，變換到d－q坐標(biāo)上。
式中:
d－q檢測(cè)法的原理如圖6所示。
圖6 d－q檢測(cè)方法原理圖
圖5中ia、ib、ic為三相輸入電流，iaf、ibf、icf為計(jì)算基波輸出電流，它們之差即為三相諧波電流 iah、ibh、ich。d－q變換是將靜止坐標(biāo)系中的相量變換到以基波角速度旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系中，變換后的信號(hào)與原信號(hào)頻率相差一個(gè)基波頻率，即50Hz。如果信號(hào)為典型的三相特征諧波1st(基波)、5th、7th等，則分別對(duì)應(yīng)于dq坐標(biāo)系中的直流、4th、6th等。低通濾波器濾除所有交流諧波后，其直流成分通過d－q反變換即可得到基波電流。
5 結(jié)束語
為了更好地解決輸電網(wǎng)絡(luò)中的諧波問題，既需要合理地組合使用有源電力濾波器和無源濾波器，也需要繼續(xù)去改善一些諧波抑制、濾波的算法，以保證電能質(zhì)量以及精密設(shè)備的安全正常運(yùn)行。
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