直流側(cè)APF主電路參數(shù)與補(bǔ)償性能的關(guān)系

1　引言

　　電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的電力諧波。電力諧波主要有以下幾個(gè)方面的危害[1-3]：使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用效率降低；使電器過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲；并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀；引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀；引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂；對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾等。有源電力濾波器(APF)被認(rèn)為是一種很有前途的諧波治理方法。文中討論的直流側(cè)APF主要針對(duì)整流負(fù)載的諧波治理[4]。

　　直流側(cè)有源電力濾波器主電路的參數(shù)與其補(bǔ)償性能和整個(gè)系統(tǒng)的成本有著密切的關(guān)系，因此主電路參數(shù)的確定就尤為重要。主電路參數(shù)選取是否適當(dāng)，不僅決定系統(tǒng)能否正常工作，而且影響系統(tǒng)的補(bǔ)償性能，還影響整個(gè)系統(tǒng)的成本。文中分別討論了主電路的主要參數(shù)(電感L、直流側(cè)儲(chǔ)能電容C)以及電容電壓Uc與補(bǔ)償性能之間的關(guān)系，并給出了參數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn)。為直流側(cè)有源電力濾波器主電路參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。最后，根據(jù)文中提出的參數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)并調(diào)試了一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果證明了文中理論分析的正確性。

2　直流側(cè)APF的工作原理[4]
　　
　　與交流側(cè)APF相比，直流側(cè)APF主電路結(jié)構(gòu)由全橋或半橋結(jié)構(gòu)簡化為雙向 Boost結(jié)構(gòu)。其功率級(jí)電路如圖1所示，其中L、S1、S2、Cp構(gòu)成兩象限Boost型變換器。開關(guān)S1、S2互補(bǔ)導(dǎo)通，在一個(gè)開關(guān)周期中，S1導(dǎo)通的時(shí)間為占空比D對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

　　對(duì)于 DC側(cè)APF來說，如果從整流橋直流側(cè)向輸出端看去，負(fù)載和與之相并聯(lián)的DC側(cè)APF一起視為純電阻，則達(dá)到了控制目的。此時(shí)，對(duì)于電源來說，可以用一個(gè)等效電阻來模擬非線性負(fù)載與DC側(cè)APF相并聯(lián)的整體電路，并設(shè)該等效電阻為Re，則DC側(cè)APF的控制目標(biāo)可表示為

　　(1)
　　在準(zhǔn)靜態(tài)狀態(tài)，兩象限Boost變換器的輸入輸出關(guān)系滿足

　　(2)
　　將DC側(cè)APF的控制目標(biāo)(1)式帶入(2)式，等式兩邊同乘電流ig取樣比Rs,得到

　　(3)
　　令，則(3)式可以簡寫為

　　(4)
　　在每個(gè)開關(guān)周期TS內(nèi)，認(rèn)為ig、vm近似不變，對(duì)(4)式兩邊同時(shí)在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)積分，得

　　(5)
　　方程（5）可以采用單周控制方式[4]來實(shí)現(xiàn)。如果在每個(gè)開關(guān)周期中都滿足了(5)式，也就使電網(wǎng)輸出電流保持為正弦波，達(dá)到了諧波補(bǔ)償?shù)哪康摹?br style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; ">
3主電路參數(shù)與補(bǔ)償性能的關(guān)系

3.1電感L的確定

　　控制APF中各開關(guān)器件的目的是使APF產(chǎn)生的補(bǔ)償電流能夠?qū)崟r(shí)跟蹤非線性負(fù)載電流中的諧波和無功電流的變化，并提供大小相同、方向相反的諧波和無功電流，使電網(wǎng)向負(fù)載和APF構(gòu)成的整體電路提供正弦電流。電感電流的動(dòng)態(tài)指標(biāo)決定了APF的跟蹤效果。從理論上講，在一定范圍內(nèi)，電感電流的動(dòng)態(tài)變化率越大，補(bǔ)償效果越好。在ugmax，Uc相同的情況下，如果L的值小一些，就會(huì)大一些。當(dāng)然也不是L越小越好。L越小，越大，會(huì)在補(bǔ)償電流中產(chǎn)生過大的紋波電流，從而影響補(bǔ)償效果。因此應(yīng)確定APF可以跟蹤的負(fù)載電流最大變化率。下面將推導(dǎo)確定負(fù)載電流變化最大值的近似公式。如果APF的開關(guān)頻率為fs，那么APF能夠補(bǔ)償?shù)淖罡叽螖?shù)諧波頻率
fh＝

　　(6)
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