三相四線制系統(tǒng)中有源電力濾波器的研究

1引言

三相四線制系統(tǒng)在工業(yè)供電、民用住宅以及城市供電等電力系統(tǒng)中普遍應(yīng)用。其中，諧波和三相不平衡問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。根據(jù)日本電氣學(xué)會(huì)發(fā)表的一項(xiàng)有關(guān)諧波源的調(diào)查報(bào)告，辦公及家用電器所產(chǎn)生的諧波占整個(gè)諧波源的25%^[1]。調(diào)查報(bào)告指出，在低壓供電系統(tǒng)中，每天19-22時(shí)電網(wǎng)電流波形畸變嚴(yán)重，三相之間存在嚴(yán)重的不平衡現(xiàn)象，這正是電視收視率最高的時(shí)段。因此，對(duì)于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、電磁爐、電子鎮(zhèn)流器、等電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，雖然作為個(gè)體它們的功率都不大，但是，隨著它們的應(yīng)用越來(lái)越普及，其數(shù)量也越來(lái)越大，而且大多為單相負(fù)荷，其對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波以及三相之間的不平衡影響變得不可忽視。零線電流引起的事故在我國(guó)也有報(bào)道，所以對(duì)三線四線制系統(tǒng)中的諧波和三相不平衡進(jìn)行補(bǔ)償具有重要的意義。

三相四線制系統(tǒng)與三相三線制系統(tǒng)的區(qū)別在于三相四線制系統(tǒng)存在零線，因而用于三相四線制系統(tǒng)中的有源電力濾波器與用于三相三線制中的相比，根本的區(qū)別在于對(duì)三相電流中零序分量的處理。三相四線制有源濾波器由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩部分構(gòu)成。對(duì)于前一部分，要求在三相四線制的情況下，檢測(cè)出被補(bǔ)償對(duì)象的諧波分量、基波負(fù)序分量，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的零序電流分量作出適當(dāng)?shù)奶幚?，并?zhǔn)確快速地形成指令電流；而對(duì)于后一部分，則要求根據(jù)指令電流信號(hào)正確地產(chǎn)生補(bǔ)償電流，其中包括諧波分量、基波負(fù)序分量和零序電流分量。

用于三相四線制系統(tǒng)中的電力有源濾波器在結(jié)構(gòu)形式上也可有并聯(lián)型、串聯(lián)型和混合型等。本文在介紹三種典型的用于三相四線制系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析了其中兩種常用結(jié)構(gòu)的控制方法。

2．三相四線制有源濾波器的結(jié)構(gòu)

與三相三線制系統(tǒng)相似，用于三相四線制系統(tǒng)中的電力有源濾波器在結(jié)構(gòu)形式上也分為并聯(lián)型、串聯(lián)型和混合型等。與三相三線制系統(tǒng)不同的是，其主電路的結(jié)構(gòu)形式會(huì)由于零線的存在有不同的結(jié)構(gòu)形式。圖1至圖3給出了三種典型的用于三相四線制系統(tǒng)的并聯(lián)型有源電力濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 用于三相四線制的四相變流器形式APF

圖1是采用四相變流器為主電路的結(jié)構(gòu)形式，其中第四相與系統(tǒng)零線相連，用來(lái)抑制非線性系統(tǒng)中的零線電流。這種電路一般運(yùn)用于負(fù)載功率較大的場(chǎng)合。

圖2 用于三相四線制的三相變流器形式APF