有源电力滤波器原理及基波计算.docx
2.1.1 有源电力滤波器原理图2-1所示为并联型有源电力滤波器的原理图。非线性负载为主要谐波源，电源为交流电源，其原理是APF检测补偿对象的电压和电流信号，经过指令电流运算电路得出补偿电流的指令信号，再经过补偿电流放大电路,电源电流即为期望的无谐波电流。图2并联型有浪电力就波器原理图(2-1)图2/中IL是负我电流，由于负我的非线性使得IL中包含大量的谐波和无功电流，电源侧电流k随之发生畸变，变成非正弦波。经过APF的谐波计算，得出补偿电流1C，根据基尔霍夫第一定律固有。i,=i+i,其中负载电流IL含有基波分量ILf和谐波分量130="+L所谓谐波补偿，是检测出负我电流中的ILh分量，将其取反后作为补偿电流指令信号1；,由补偿电路产生补偿电流k,IC与负毂电流中的谐波分量*大小相等方向相反，相互抵消，使得电源侧电流中只包含基波，有效防止了谐波对电网污染。如果要求有源电力流波器在补偿谐波的同时也补偿无功，则需要检测基波电流山中的有功分量ILP和无功分量ILqo(2-3)此时补偿电流的指令信号ic取自负载电流的谐波分量iLh和基波的无功分量iLq之和，再将其取反后经由补偿电流发生电路产生补偿电流信号ic。ic与负载电流中的谐波和无功成分大小相等方向相反，互相抵消，电源侧电流变成负载电流的有功分量，提高了功率因数，有效节约电能。2.1.2 三相系统有源滤波器主电路L三相三线制主电路结构如图2-2所示，对于没有中线的三相负载，采用三相三线制结构的有源电力滤波器可以补偿非线性负载的谐波和无功电流。三相三线制结构的变流器由于在变频等领域应用相当广泛，此种结构的变流器已有成熟的技术并且制作成为工业模块，许多IGBT模块都是采用三相三线制结构，因此具有造价低廉，购买和使用方便等优点。三相三线制有源电力滤波器是目前有源滤波器应用最广泛的一种。H tin ftaVTlL VT2L_ VT3 L_jGl -,k 三B bc "*z 二比住总住J图2.2三相三线制APF全由踹结构2.三相四线制主电路结构电力系统中有三相四线制负载，三相电流之和有可能不为零，即中线中存在零序电流。零序电流中及可能有零序基波分量也可能含有零序谐波分量，普通的三相三线制主电路的有源电力滤波器无法消除线路中的零序基波和谐波电流，三相四线制的有源电力滤波器可以有效解决上述问题，这种滤波器不仅可以消除三相线电流中的正序谐波分量和负序谐波分量，还可以消除三相线电流中的零序谐波分量，因此功能更加强大。图2-3所示为常用的电容器中点型的三相四线制有源电力滤波器，全部的中线电流都流经直流侧的电容器，因此此种滤波器仅适用于小容量的系统。在三相负载不平衡、中线电流较大且造成比较严重的问题或者存在较大的安全隐患的条件卜*有源电力滤波器的主电路结构适合采用三相四线制。三相四线制APF可以看作是对三相三线制APF的功能扩展，当负载三相平衡时与三相三线制APF功能相同，但是三相四线制APF的结构比较复杂，成本较高，并且直流侧电容电压的平衡控制比较复杂，容易产生高压对功率器件的寿命产生不利影响。如果负载的中线电流没有超出规定的许可值，应优先选择三相三线制的有源电力滤波器。2.2谐波和无功功率的检测方法2.2.1 基于瞬时无功功率理论的p-q谐波检测方法p-q法是基于三相电路瞬时无功功率理论13的一种谐波检测方法，此种方法适用于系统的三相电压不含谐波的情况。p-q谐波检测方法可以迅速准确的检测出负载电流的谐波分量，具有实时性好、精度高的优点，原理如图24所示。图2-4p-q谐波检测方法原理图经过低通滤波器(LPF)滤掉谐波分量后得出有功和无功功率的直流分量p和q。当电网电压没有畸变的时候，P为基波有功电流与电压作用所产生，q为基波无功电流与电压作用产生。再通过逆变换计算出负载电流的基波分量iaf、ibf、icf0根据图2-4的定义计算出P和q(2-1)(2-2)(2-3)222基于瞬时无功功率理论ip-iq谐波检测方法实际电网中由于非线性负载的应用，使得三相电压中包含谐波分量，电压波形甚至发生畸变，因此p-q谐波检测方法计算得出的P和q中不仅为基波电流和基波电压得出的功率，还包括其他同次谐波的电流和电压得出的结果，这样pq法计算得出的三相基波电流中不可避免的包含了谐波的成分，影响了谐波检测的精度。为了克服这种因为电压质量而影响谐波检测精度的缺点，可以采用ip-iq谐波检测方法如图25所示。尔曲团CU-附生图2-5ip-iq谐波检测方法原理图参照图25,可以计算出ip、Iq的值。rn(2-5)式中sint-cosew-cosy-sint(2-6)此方法用到与a相电源电压同相位的正弦信号SmSt和对应的余弦信号cos*它们由一个锁相环(PLL)把一0正余弦发生电路得到。经过低通泄波器(LPD浦波得出】p、Iq的宜流分量;、彳，再经过反变换得出负载电流的基波电流的基波分量Uf、hrf、ltf7/(2-7)
