混合有源電力濾波器的仿真研究

1 引言
電力電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并且用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高，其中最為突出的是電壓質(zhì)量和諧波問(wèn)題。因此，如何提高電壓質(zhì)量、治理諧波就成為輸配電技術(shù)中最為迫切的問(wèn)題之一。低成本的無(wú)源濾波器PF(Passive Filter)是目前普遍采用的補(bǔ)償方法，但其濾波效果與系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)密切相關(guān)，在特定情況下無(wú)源濾波器還可能與系統(tǒng)發(fā)生諧振。80年代以來(lái)，利用功率開(kāi)關(guān)的有源電力濾波器APF(Active Power Filter)的研究越來(lái)越引起人們關(guān)注。APF是一種用于動(dòng)態(tài)諧波抑制、無(wú)功補(bǔ)償?shù)男滦碗娏﹄娮友b置，但是由于電源電壓直接加在逆變橋上，其對(duì)開(kāi)關(guān)器件電壓等級(jí)要求較高；當(dāng)負(fù)載諧波電流大時(shí)，有源濾波裝置的容量也相應(yīng)較大；對(duì)于高于有源濾波器開(kāi)關(guān)頻率的諧波也無(wú)法通過(guò)有源濾波器濾除，因此同時(shí)具有較大的補(bǔ)償容量和較寬的補(bǔ)償頻帶較為困難。
將APF與PF相結(jié)合，合理分擔(dān)補(bǔ)償需求，可使APF容量減小?；旌闲脱a(bǔ)償方案的基本原理就是將常規(guī)型APF上承受的基波電壓移去，使有源裝置只承受諧波電壓，從而可顯著降低有源裝置的容量，充分發(fā)揮PF的高耐壓、大容量、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)以及APF所具有的寬諧波抑制范圍和自動(dòng)跟蹤等優(yōu)勢(shì)。

2 無(wú)源濾波器
用于諧波治理的傳統(tǒng)方式為并聯(lián)無(wú)源LC濾波器，選定R、L、C的參數(shù)，使濾波網(wǎng)絡(luò)在一定的諧波信號(hào)頻率處產(chǎn)生諧振，從而達(dá)到抑制諧波的目的。無(wú)源濾波器主要可以分為兩大類(lèi)：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。調(diào)諧濾波器實(shí)際應(yīng)用較多的是單調(diào)諧濾波器，它是利用電感、電容的串聯(lián)諧振原理構(gòu)成的。

3 有源濾波器
有源濾波器的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)中只含有基波分量，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償電流的目的。如果要求有源濾波器在補(bǔ)償諧波的同時(shí)，還補(bǔ)償負(fù)載的無(wú)功，則只要在補(bǔ)償電流的指令信號(hào)中增加與負(fù)載電流無(wú)功分量反極性的成分即可。這種濾波器可對(duì)頻率和大小都隨時(shí)間變化的諧波以及變化的無(wú)功功率進(jìn)行迅速動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償。
(1)諧波檢測(cè)諧波的測(cè)量方法包括采用模擬帶通(或帶阻)濾波器、基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)分析、基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)等。在諧波和無(wú)功電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)中運(yùn)用最多的是基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)方法。這里采用以瞬時(shí)無(wú)功理論為基礎(chǔ)的p-q運(yùn)算法來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)諧波。p-g運(yùn)算法的原理框圖如圖1所示。

圖1中，C23=C32T，該方法將三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值變換到α-β兩相正交的坐標(biāo)系上，根據(jù)定義算出瞬時(shí)實(shí)功率p、瞬時(shí)虛功率q，經(jīng)低通濾波器LPF得p、q的直流分量。電網(wǎng)電壓波形無(wú)畸變時(shí)，p為基波有功電流與電壓作用所產(chǎn)生，q為基波無(wú)功電流與電壓作用所產(chǎn)生。于是，由p、q即可計(jì)算出被檢測(cè)電流ia、ib、ic的基波分量iaf、ibf、icf。將iaf、ibf、icf與ia、ib、ic相減，即可得出諧波分量iah、ibh、 ich。