三相四線制電容中點(diǎn)式并聯(lián)有源電力濾波器直流側(cè)電壓控制

1、三相四線制電容中點(diǎn)式并聯(lián)有源電力濾波器直流側(cè)電壓控制論文導(dǎo)讀:：電力電子設(shè)備的大量使用，使得電網(wǎng)諧波引起了電力系統(tǒng)的廣泛關(guān)注。有源電力濾波器作為一種很好的諧波補(bǔ)償裝置，將在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。其中，三相四線制電容中點(diǎn)式并聯(lián)有源電力濾波器主要應(yīng)用在配用電系統(tǒng)。由于負(fù)載的波動以及三相全橋逆變器元器件IGBT存在有功損耗，直流側(cè)電容會與電網(wǎng)交換有功引起電容電壓波動.而在補(bǔ)償諧波電流時(shí)，電容電壓的穩(wěn)定直接影響有源電力濾波器的正常工作。本文通過瞬時(shí)功率平衡原理得到了有功損耗電流與直流電壓波動的關(guān)系，通過基爾霍夫電流定律得到了直流側(cè)上下電容電壓差與不平衡電流的關(guān)系。根據(jù)電壓控制性能指標(biāo)所設(shè)計(jì)的串聯(lián)P

2、I環(huán)節(jié)校正裝置參數(shù)，在MATLAB中分析了控制系統(tǒng)的幅頻、相頻特性曲線，最后在PSCAD/EMTDC中仿真證明了所提出直流側(cè)電壓控制方法的可行性。論文關(guān)鍵詞：三相四線制電容中點(diǎn)式有源電力濾波器，直流側(cè)電壓控制，PSCAD/EMTDC1 有源電力濾波器的工作原理圖1為三相四線制電容中點(diǎn)式并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，主電路是三相橋電壓源型逆變器，采用基于瞬時(shí)無功功率的ip,iq檢測算法，如圖2，得到有源電力濾波器所要補(bǔ)償?shù)闹C波電流ic*，與電流互感器采集的逆變器輸出電流ic比擬，通過電流控制系統(tǒng)、驅(qū)動器、三相橋電壓源型逆變器物理論文，形成一個(gè)閉環(huán)反應(yīng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對諧波電流的跟蹤，使電網(wǎng)電流is

3、趨近于正弦波。圖1 三相四線制電容中點(diǎn)式并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2 基于瞬時(shí)無功功率的檢測算法其中，直流側(cè)電容電壓由于有功損耗、負(fù)載波動等因素產(chǎn)生的波動會影響補(bǔ)償?shù)男阅?，電容電壓低會使得補(bǔ)償精度下降，電容電壓高會造成APF的干擾性諧波電流增加；而且有源電力濾波器的正常工作必須是建立在其三相橋電壓源逆變器的電容電壓高于電網(wǎng)相電壓的峰值，如果電容電壓低于電網(wǎng)相電壓的峰值，三相全橋逆變器電路整流運(yùn)行，雖然也能補(bǔ)償諧波，但電網(wǎng)要向電容注入大量的有功功率論文效勞。因此，直流側(cè)電容電壓必須加以控制以滿足有源電力濾波器工作要求。2 直流側(cè)電容電壓控制采用PWM控制技術(shù)，由調(diào)制比即正弦波電壓幅值與直流電

4、壓之比不能大于75%，而采用電壓型全橋逆變電路，輸出電壓幅值僅為電容電壓一半物理論文，考慮1.2倍的裕量，選擇直流側(cè)電容電壓，取直流側(cè)電壓1000V，圖3為電容總電壓控制原理框圖。圖3 電容總電壓控制原理框圖1被控對象傳函時(shí)刻內(nèi)，其中為，對1式線性化處理得：時(shí)，有：經(jīng)拉氏變換后得到被控對象的傳遞函數(shù)為：2未加PI環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)性能系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：,仿真分析其半對數(shù)幅頻、相頻曲線如圖4。圖4 未加PI環(huán)節(jié)直流側(cè)電容總電壓控制系統(tǒng)半對數(shù)幅頻、相頻曲線3校正環(huán)節(jié)為提高動態(tài)性能指標(biāo)超調(diào)量及調(diào)節(jié)時(shí)間，并在有噪聲的情況下使靜差為零，系統(tǒng)中串聯(lián)PI校正環(huán)節(jié)，控制框圖如下：增益抬高，為保持通帶內(nèi)的增益，令P

5、I環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)折頻率f仿真分析校正后的開環(huán)傳函半對數(shù)幅頻、相頻曲線如圖5圖5 串聯(lián)PI環(huán)節(jié)后直流側(cè)電容總電壓控制系統(tǒng)半對數(shù)幅頻、相頻曲線3 均壓控制三相四線制電容中點(diǎn)式APF直流側(cè)有上下兩個(gè)電容，由于D/A電路存在零偏，三相補(bǔ)償電流含有直流分量，造成上下電容電壓不平衡，如果不加控制可能導(dǎo)致其中有一個(gè)電容電壓低于相電壓幅值，從而使得三相逆變橋整流運(yùn)行，無法實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償。均壓控制框圖如圖6：圖6 均壓控制框圖如圖1，不考慮其他因素，零序電流與上下電容電壓之差的變化關(guān)系如下：其中是上電容的電容值，是下電容的電容值，設(shè)經(jīng)拉氏變換得：，均壓控制的開環(huán)傳函與直流側(cè)總電壓控制的開環(huán)傳函半對數(shù)幅頻、相頻曲線大體相同

6、物理論文，如同直流側(cè)總電壓控制，為了到達(dá)系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)以及抗干擾能力，在均壓控制中參加串聯(lián)PI環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)PI環(huán)節(jié)參數(shù)Kp=10，Ki=10。圖6 未加PI環(huán)節(jié)后均壓控制系統(tǒng)半對數(shù)幅頻、相頻曲線圖7 串聯(lián)PI環(huán)節(jié)后均壓控制系統(tǒng)半對數(shù)幅頻、相頻曲線4 仿真在PSCAD/EMTDC中建立如圖1所示三相四線制電容中點(diǎn)式并聯(lián)有源電力濾波器系統(tǒng)，選擇三相電源幅值380V，非線性負(fù)載選用三相橋可控整流電路，整流電路直流側(cè)接電阻1歐姆，電感0.1mH，并采用如圖2所示諧波檢測算法ip，iq算法，諧波電流跟蹤采用滯環(huán)控制，分別對直流側(cè)電容電壓未加PI控制方式，直流側(cè)電容電壓加PI控制方式進(jìn)行了仿真分析。1直

7、流側(cè)電容電壓未加PI控制運(yùn)行方式下如圖8所示t從00.05s內(nèi)物理論文，采用直流電壓源對電容進(jìn)行充電，t在0.5s左右，電容電壓到達(dá)500V，0.5s后，斷開并聯(lián)在兩電容的直流電壓源，有源電力濾波器并網(wǎng)運(yùn)行，在t=1s時(shí)電容電壓呈鋸齒狀下降至280V左右，此時(shí)由于電容電壓值已小于三相電源電壓值，三相逆變橋整流運(yùn)行，電網(wǎng)向電容充電，如圖9所示負(fù)載側(cè)的諧波電流被三相橋補(bǔ)償，即三相逆變橋整流運(yùn)行時(shí)，同樣也能補(bǔ)償諧波，但從圖10和圖11中可以看到網(wǎng)側(cè)基波含量要比負(fù)載基波含量大很多物理論文，即電網(wǎng)向電容注入有功功率論文效勞。圖8 未加PI控制電容電壓曲線圖9 未加PI控制負(fù)載電流及網(wǎng)側(cè)電流曲線圖10 未

8、加PI控制負(fù)載電流各頻率含量圖11 未加PI控制網(wǎng)側(cè)電流各頻率含量2直流側(cè)電容電壓加PI控制運(yùn)行方式圖12所示，t從00.05s內(nèi)，直流電壓源對電容進(jìn)行充電，并在0.05s后保持在500V附近，三相全橋電路逆變運(yùn)行，由于本文采用滯環(huán)控制的電流跟蹤策略，補(bǔ)償后的網(wǎng)側(cè)電流波形有很多毛刺，從圖14和圖15發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償后，網(wǎng)側(cè)電流還含有少量的5次和7次諧波，從電流補(bǔ)償策略上看，滯環(huán)控制不能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為0。圖12 串聯(lián)PI環(huán)節(jié)后電容電壓曲線圖13 串聯(lián)PI環(huán)節(jié)后負(fù)載電流及網(wǎng)側(cè)電流曲線圖14 串聯(lián)PI環(huán)節(jié)后負(fù)載電流各頻率含量圖15 串聯(lián)PI環(huán)節(jié)后網(wǎng)側(cè)電流各頻率含量5 結(jié)論1直流側(cè)電容電壓未加PI控制

9、時(shí)，有源濾波器并網(wǎng)后，電壓下降，三相橋整流運(yùn)行物理論文，也能補(bǔ)償諧波，但電網(wǎng)要向電容注入大量的 有功功率。2直流側(cè)電容電壓加PI控制時(shí)，有源濾波器并網(wǎng)后，電壓保持在允許范圍內(nèi)，滿足系統(tǒng)工作要求。3本文采用滯環(huán)控制的電流跟蹤控制策略，在補(bǔ)償諧波時(shí)存在穩(wěn)態(tài)誤差，因此，需要進(jìn)一步研究有源電力濾波器的諧波電流跟蹤控制方法。參考文獻(xiàn)1王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 19982Xie Bin, Dai Ke, Kang YongDC Voltage Control for the Three-Phase Four-Wire ShuntSplit-capacitor

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