并聯(lián)混合濾波器中連接電感的仿真研究

0 引言

　　近年來，髓著越來越多的電力電子設(shè)備及非線性、沖擊性設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染日趨嚴(yán)重。諧波的出現(xiàn)不僅使電能生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，而且還會破壞或影響周圍用電設(shè)備的正常工作，干擾無線電通訊，從而造成人所共識的危害。因此，對諧波的抑制及濾除日益引起人們的關(guān)注。

　　抑制諧波主要有兩個基本措施：一是對電力電子裝置進(jìn)行改造，盡量減少諧波的產(chǎn)生；二是安裝諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波，或者安裝濾波裝置將諧波濾除。目前國內(nèi)在配電網(wǎng)這級用于抑制諧波和調(diào)節(jié)無功的傳統(tǒng)方法是采用由電抗器和電容器組成的無源濾波器(Passive Filter，縮寫為PF)，但該慮波器一般只適用于補(bǔ)償固定頻率的諧波，其針對性較強(qiáng)，濾波效果會受到電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，嚴(yán)重時甚至?xí)碗娐分衅渌l(fā)生諧振，從而造成諧波的放大。為了克服無源濾波(PF)的缺點，自上世紀(jì)80年代以來，人們提出了有源濾波(Active Power Filter，縮寫為APF)的設(shè)計概念。如果將兩者結(jié)合起來一起應(yīng)用，就構(gòu)成了本文所提出的混合濾波，即混合濾波器。混合濾波器可以分為并聯(lián)混合濾波器和串聯(lián)混合濾波器兩種類型，本文只針對并聯(lián)混合濾波器進(jìn)行研究和分析。

1 并聯(lián)混合濾波器的基本原理

　　圖1為并聯(lián)混合濾波器的原理圖。圖中的非線性負(fù)載為主要諧波源，它產(chǎn)生諧波并消耗無功功率。并聯(lián)混合濾波裝置中的有源濾波部分為整個電路的核心，它通過連接電感與輸電線路進(jìn)行連接，其內(nèi)部又分為兩大部分：一部分用于檢測補(bǔ)償對象的電壓和電流，并經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算計算出電路諧波和無功電流分量，有時候又稱為諧波和無功電流檢測電路；另一部分為補(bǔ)償電流發(fā)生電路，主要根據(jù)檢測電路檢測出的相應(yīng)信號得出相應(yīng)的指令信號，從而產(chǎn)生實際的補(bǔ)償電流。目前的有源濾波器主電路均采用PWM變流器。無源濾波部分只對特定次數(shù)的諧波進(jìn)行濾除，本文主要分析電路中存在的5次、7次和11次諧波。

 
2諧波檢測原理及方法

　　諧波檢測的方法有很多種，本文采用基于同步旋轉(zhuǎn)Park變換的d-q法。其基本思想是將a-b-c坐標(biāo)系下的電流量變換到d-q坐標(biāo)系下的諧波與無功電流來進(jìn)行檢測圖2所示是用d-q法檢測諧波電流的原理圖。

　　該推導(dǎo)過程的前提是三相電壓電流必須對稱，實際上，對于不對稱系統(tǒng)，上述方法仍然有效。其具體推導(dǎo)過程可參見有關(guān)文獻(xiàn)。圖3為本文所采用的諧波檢測仿真模型。

 

3連接電感的作用

　　之所以有源濾波器需要通過連接電感與輸電線路相連接，主要因為電感中的電流不能突變，而有源濾波器中的變流器在變流過程中會產(chǎn)生紋波電流，而接人連接電感可以消除紋波電流(即高次諧波成份)，從而起到平波的作用。然而，連接電感的存在也會影響到有源濾波器對傳輸線路中電流信號的跟蹤速度。因此，這里就存在一個難以調(diào)和的矛盾，為了濾除紋波電流，要求連接電感的感值要盡量大些；但是，如果要求有源濾波器實時快速地跟蹤傳輸線路中的電流信號，連接電感的感值就必須小一些。為了兼具這兩點，在滿足跟蹤速度要求的基礎(chǔ)上，還要盡量濾除紋波電流成份，那么，連接電感的感值就必須取得適中。

4仿真模型及波形分析

　　并聯(lián)混合濾波器的仿真模型如圖4所示，該仿真模型中的非線性負(fù)載采用整流橋接RLC電路來構(gòu)成矩形負(fù)載，其中R=5 Ω，L=50 mH，C=無限??；輸入信號為標(biāo)準(zhǔn)的三相平衡正弦電壓波形，幅值為220 V。應(yīng)用快速傅立葉工具分析得到的負(fù)載諧波含量如圖5所示，其主要諧波為5次、7次和11次，而且含量很大，因此，應(yīng)特別為此設(shè)計無源濾波參數(shù)。

 
　　事實上，連接電感對濾波效果會產(chǎn)生較大的影響，圖6和圖7分別是連接電感為2 mH和3 mH時的波形圖及其諧波含量分析圖。

 


 
5 結(jié)束語

　　本文給出了并聯(lián)混合濾波器的仿真模型，分析了連接電感對諧波抑制的影響，同時給出了諧波檢測模塊的具體算法。從本文給出的相應(yīng)波形圖中可以看出，只要合理地選擇各個參數(shù)，并聯(lián)有源濾波器對諧波的抑制效果就十分顯著。