SAPF安裝點(diǎn)的選擇及對鄰近負(fù)載影響的分析

摘要：針對實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場中并聯(lián)型有源電力濾波器(SAPF)的廣泛應(yīng)用，分析并推廣了相控整流負(fù)載的頻率變換效應(yīng)，采用等效電路分析方法，闡述了SAPF在進(jìn)行諧波和無功補(bǔ)償時(shí)對鄰近負(fù)載、無功補(bǔ)償電容器組、無源濾波器組等的影響。闡述了各種負(fù)載組合條件下，SAPF投入前后系統(tǒng)的性態(tài)，同時(shí)介紹了相應(yīng)的對策及最優(yōu)安裝點(diǎn)的選擇。該方法可有效保證SAPF運(yùn)行在各種負(fù)載場合，使負(fù)載交流側(cè)電流峰值不增大，同時(shí)有效抑制了電網(wǎng)中的諧波電流。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提方法的正確性和可行性。
關(guān)鍵詞：有源電力濾波器；容性負(fù)載；諧波源

1 引言
SAPF具有便于工程安裝及維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛研究及應(yīng)用。但SAPF適合補(bǔ)償電流型諧波，不適合補(bǔ)償電壓型諧波。而實(shí)際工業(yè)環(huán)境非常復(fù)雜，含有各種負(fù)載，如電感濾波型不可控整流負(fù)載、相控型整流負(fù)載、電容濾波型不可控整流負(fù)載以及其他風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)型負(fù)載。此外在系統(tǒng)中有無功補(bǔ)償電容支路，5次、7次等無源濾波器支路。目前的研究均集中在各種諧波提取方法、系統(tǒng)控制方法等APF的本體控制上，很少有應(yīng)用層面的分析方法。SAPF在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用不僅需考慮其對被補(bǔ)償對象的影響，還需考慮其對電網(wǎng)中其他相鄰或相連負(fù)載可能造成的不利影響。
這里在分析了整流負(fù)載的頻率變換效應(yīng)后，深入分析了SAPF就近補(bǔ)償電流型諧波源時(shí)對臨近負(fù)載的影響機(jī)理，提出了通過改變運(yùn)行方式和SAPF控制策略來抑制諧波影響的方法，仿真和現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的正確性和可行性。

2 系統(tǒng)分析
2．1 整流橋的頻率變換特性分析
圖1示出相控整流負(fù)載電路結(jié)構(gòu)，則直流電壓和交流相電流瞬時(shí)值可表示為：

式中：ua，ub，uc為整流負(fù)載交流母線三相交流電壓瞬時(shí)值；id為直流電流瞬時(shí)值；ud為直流電壓瞬時(shí)值；Sua，Sub，Suc分別為a，b，c三相電壓開關(guān)函數(shù)；Sia，Sib，Sic分別為a，b，c三相電流開關(guān)函數(shù)。

通常，交流母線電壓含有大量諧波，且不平衡，將三相交流電壓用對稱分量形式表示為：

式中：ωx為任意值，不限于為ω0的倍數(shù)，ω0為電網(wǎng)額定頻率；αkx為初始相角；k=-1，0，1，k=-1為負(fù)序，k=0為零序，k=1為正序。
對開關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換，將式(2)代入式(2)中第1式，可以得到交流正序、負(fù)序電壓諧波在直流側(cè)引起的擾動(dòng)，而零序電壓則不會(huì)引起擾動(dòng)。

可見，交流側(cè)頻率fx的諧波電壓擾動(dòng)將在直流側(cè)產(chǎn)生頻率為fd的諧波電壓，fd=fx±(6k±1)f0，f0為系統(tǒng)額定運(yùn)行頻率。
考慮直流電流的小擾動(dòng)，如因SAPF補(bǔ)償而引入的直流側(cè)小擾動(dòng)：
id=Idmcos(ωdt+φd) (4)
式中：Idm為直流側(cè)小信號(hào)幅值；ωd為直流側(cè)小信號(hào)角頻率；φd為相應(yīng)的初始相角。