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(huì)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(shí)的危害。因此，對(duì)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(gè)基本措施：一是對(duì)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(jí)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(duì)性較強(qiáng)，濾波效果會(huì)受到電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，嚴(yán)重時(shí)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(diǎn)，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(jì)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?；旌蠟V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(duì)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(gè)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(duì)象的電壓和電流，并經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算計(jì)算出電路諧波和無功電流分量，有時(shí)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(hào)得出相應(yīng)的指令信號(hào)，從而產(chǎn)生實(shí)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(duì)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(duì)稱，實(shí)際上，對(duì)于不對(duì)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?yàn)殡姼兄械碾娏鞑荒芡蛔?，而有源濾波器中的變流器在變流過程中會(huì)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(huì)影響到有源濾波器對(duì)傳輸線路中電流信號(hào)的跟蹤速度。因此，這里就存在一個(gè)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(shí)時(shí)快速地跟蹤傳輸線路中的電流信號(hào)，連接電感的感值就必須小一些。為了兼具這兩點(diǎn)，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(hào)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(jì)無源濾波參數(shù)。

 
　　事實(shí)上，連接電感對(duì)濾波效果會(huì)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(shí)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(duì)諧波抑制的影響，同時(shí)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(gè)參數(shù)，并聯(lián)有源濾波器對(duì)諧波的抑制效果就十分顯著。