功率因數(shù)校正和諧波抑制無功補(bǔ)償裝置

1、功率因數(shù)校正和諧波抑制無功補(bǔ)償裝置第1頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一3.1 概 述一、諧波和無功功率的產(chǎn)生 在用電負(fù)載中有很多阻感負(fù)載，阻感負(fù)載必須吸收無功功率才能工作； 電力電子裝置等非線性也要消耗無功功率； 用電裝置的非線性造成畸變電流；第2頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一二、無功功率的影響和諧波的危害1、無功功率的影響（1）使設(shè)備容量增大，從而造成設(shè)備投資費(fèi)用增大；（2）使設(shè)備及線路損耗增加；（3）引起供電點(diǎn)電壓波動(dòng)。2、諧波的危害（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率；（2）諧波影響電器設(shè)備正

2、常工作；（3）諧波會(huì)導(dǎo)致公用電網(wǎng)局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而更放大了諧波，加劇了危害；（4）諧波導(dǎo)致自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使測量儀表不準(zhǔn)確，干擾通信系統(tǒng)等。第3頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 三、補(bǔ)償無功、抑制諧波的途經(jīng)1、提高用電設(shè)備自身的功率因數(shù)、減小諧波（1）增加整流電路相數(shù)，使網(wǎng)側(cè)電流正弦化；（2）盡量使整流裝置在較小的下運(yùn)行；（3）采用多重化技術(shù)波形迭加，消除低次諧波；（4）采用PWM整流器（5）采用D技術(shù)(功率因數(shù)校正技術(shù))2、加補(bǔ)償裝置 在電力系統(tǒng)中，常見的無功補(bǔ)償裝置有：（1）同步發(fā)電機(jī) 調(diào)整勵(lì)磁電流，使其在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，輸出有功功率的同時(shí)輸出無功功

3、率。（2）同步調(diào)相機(jī) 一種專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī)，是一種不帶機(jī)械負(fù)載的可以過勵(lì)磁（經(jīng)常的運(yùn)行狀態(tài)）或欠勵(lì)磁（較少的運(yùn)行狀態(tài)）運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。第4頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一（3）并聯(lián)電容器 可提供超前的無功功率，多裝設(shè)于降壓變電所內(nèi)，也可就地補(bǔ)償。（4）并聯(lián)電抗 用在超高壓系統(tǒng)線路上吸收無功功率，防止末端電壓升高。 （5）靜止無功補(bǔ)償裝置 具有調(diào)相機(jī)的功能，使用廣泛，但投資大。在電力系統(tǒng)中，常見的諧波抑制裝置有：（1）LC濾波器;（2）有源電力濾波器第5頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 本章主要介紹有源功率因數(shù)校正裝置、適合于動(dòng)

4、態(tài)無功補(bǔ)償?shù)撵o止無功補(bǔ)償裝置和適合于動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、諧波抑制的有源電力濾波器。第6頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一2.2 有源功率因數(shù)校正裝置(APFC)一、有源功率因數(shù)校正裝置概述相控整流器的輸入電流第7頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一1、APFC技術(shù)的基本思想有源功率因數(shù)校正裝置 將輸入交流電壓全波整流，再進(jìn)行DC/DC變換。通過適當(dāng)控制使輸入電流自動(dòng)跟隨全波直流電壓基準(zhǔn)，且保持輸出電壓穩(wěn)定，從而將輸入電流校正成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波，消除了諧波和無功電流，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位輸入功率因數(shù)。 有源功率因數(shù)校正（Active Power F

5、actor Correction）電路，簡稱APFC，是指在傳統(tǒng)的不控整流中融入有源器件，使得AC側(cè)電流在一定程度上正弦化，從而減小裝置的非線性、改善功率因數(shù)的一種高頻整流電路。第8頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一2、APFC的基本結(jié)構(gòu) APFC的電路結(jié)構(gòu)有雙極式和單極式兩種。雙極式電路是由Boost 變換器和DC/DC變換器級聯(lián)而成，前級的Boost電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，后級的DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)隔離和降壓。雙極式APFC電路的優(yōu)點(diǎn)是每級電路可單獨(dú)設(shè)計(jì)和控制。單極式APFC電路集功率因數(shù)校正、輸出隔離和電壓穩(wěn)定于一體，結(jié)構(gòu)簡單、效率高，但分析和控制較復(fù)雜。 有源功率

6、因數(shù)校正裝置第9頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一3、APFC的分類APFC的分類方法很多，常用的分類方法為：（1）按電源相數(shù)可分為：單相APFC和三相APFC三相AFFC又可分為三相單開關(guān)型和三相六開關(guān)型（2）按輸出特性可分為：電壓型 和電流型 （3）按控制方式可分為：直接電流控制和間接電流控制（幅值相位控制或電壓控制） 直接電流控制又可分為峰值電流控制、滯環(huán)電流控制和平均電流控制（三角載波控制）。 第10頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一二、單相有源功率因數(shù)校正裝置1、控制目標(biāo) 在穩(wěn)定輸出電壓的情況下，力求使經(jīng)過整流后的電流與整流后的電壓波形

7、相同。 2、控制（工作）原理負(fù)載電壓給定值Uo*和實(shí)際值Uo的差值U經(jīng)PI調(diào)節(jié)器A輸出，并和整流器輸出脈動(dòng)電壓ud同時(shí)作為乘法器的兩個(gè)輸入，構(gòu)成電壓外環(huán)使U0穩(wěn)定； 乘法器的輸出作為電流內(nèi)環(huán)的給定電流iL*，因此iL*的幅值與U和ud的幅值成正比，波形則與ud相同； 反饋電流iL與給定電流iL*送入PWM形成電路產(chǎn)生PWM信號，作為開關(guān)管T的驅(qū)動(dòng)信號。開關(guān)T導(dǎo)通時(shí)電感電流iL增加，開關(guān)管T截止時(shí)電感電流iL減小。實(shí)現(xiàn)iL跟蹤iL*，波形與ud相同，從而使輸入電流ii波形與輸入電壓ui波形相同。第11頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一3、工作模式 根據(jù)電感L的電流是否連續(xù)

8、，主電路有三種工作模式：不連續(xù)導(dǎo)通模式DCM (Discontinuous Conduction mode)、連續(xù)導(dǎo)通模式CCM（Continuous Conduction Mode)和連續(xù)與不連續(xù)邊緣導(dǎo)通模式（CCM&DCM，臨界連續(xù)）。有源功率因數(shù)校正裝置 工作模式的選擇取決于校正器的功率等級，在幾百瓦以內(nèi)，三種工作模式都可以使用，五百瓦以上通常使用CCM和CCM&DCM，一千瓦以上使用CCM。 在CCM模式下輸入電流畸變小且易于濾波、開關(guān)管的電流應(yīng)力也小，這意味著可以處理更大的功率并保持較高的效率。因此，通常采用CCM模式。第12頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一

9、4、CCM控制方法（1）直接電流控制 峰值電流控制方式 控制原理：以電感電流的參考值iL*為峰值包絡(luò)線，在電感電流實(shí)際值iL小于參考值iL*時(shí)，開關(guān)T一直導(dǎo)通，iL增大，當(dāng)電感電流實(shí)際值iL增長到峰值時(shí)開關(guān)T截止，iL開始下降，在下一個(gè)開關(guān)周期開始時(shí)刻再次使開關(guān)T導(dǎo)通，如此進(jìn)行周期性變化。特點(diǎn)：控制電路簡單、電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；電流畸變和開關(guān)管的電流應(yīng)力較大；電流峰值與平均值之間的誤差較大。采用峰值電流控制方式的專用集成電路：如MC34261、MC33261、SG3561、UC3852、TDA4817、ML4812 、ML4819 、TK84812 、TK84819 有源功率因數(shù)校正裝置第13頁，

10、共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 電流滯環(huán)控制方式 控制原理：在參考值iL* 的上下兩側(cè)設(shè)一滯環(huán)帶，當(dāng)iL大于iL*的上限閥值時(shí)，開關(guān)T關(guān)斷， iL下降；當(dāng)iL小于iL*的下限閥值時(shí)，開關(guān)T導(dǎo)通， iL上升；如此周期性工作，使電感電流的實(shí)際值iL在iL*曲線上下擺動(dòng)。特點(diǎn)：控制簡單、電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；開關(guān)頻率不固定，滯環(huán)寬度對系統(tǒng)性能影響較大。有源功率因數(shù)校正裝置第14頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 平均值電流控制（三角載波控制）方式 控制原理：將電感電流參考值iL*與電感電流實(shí)際值iL的偏差經(jīng)電流誤差放大器（通常為PI調(diào)節(jié)器）放大后與三角載波相

11、比較，其比較結(jié)果決定開關(guān)管的工作狀態(tài)。特點(diǎn)：控制電路相對較復(fù)雜；電流畸變小開關(guān)管和電感的損耗較小。采用平均電流控制的典型集成器件： UC3854A/B、ML4821、TK83854 有源功率因數(shù)校正裝置第15頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一（）間接電流控制（電壓控制）為簡化分析問題，首先作如下假設(shè)： 開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于電網(wǎng)頻率，在開關(guān)周期內(nèi)電網(wǎng)的電壓和電流保持不變，主電路工作在準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)； 忽略電感電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的紋波，電路工作在CCM模式； 不考慮電路損耗。Rs為電流傳感器的等效電阻 APFC的控制目標(biāo)：Re整流器負(fù)載側(cè)的總等效電阻； iL在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值

12、。 有源功率因數(shù)校正裝置第16頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一根據(jù)boost電路的工作原理 ，在連續(xù)導(dǎo)電模式下有：Rs為電流傳感器的等效電阻 將式（2-46）代入（2-45）得： 有源功率因數(shù)校正裝置 APFC的控制方程推導(dǎo)：第17頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一Rs為電流傳感器的等效電阻 忽略電感電流的紋波，電感電流在一個(gè)開關(guān)周期的平均值可以用瞬時(shí)值來表示，即： 將上式代入式（2-48）并整理得APFC的控制方程：右圖為APFC的控制電路圖。圖中，AU(s)為電壓誤差放大器，積分器復(fù)位時(shí)鐘CLK的頻率等于開關(guān)頻率，積分器的積分時(shí)間常數(shù)等于開

13、關(guān)周期。 有源功率因數(shù)校正裝置 因此APFC的控制目標(biāo)可轉(zhuǎn)換成在每一個(gè)開關(guān)周期中，使主開關(guān)管的占空比滿足式（2-50）的條件。 第18頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 間接電流控制（電壓控制）控制的控制原理：當(dāng)復(fù)位時(shí)鐘為低電平，積分器執(zhí)行正常的積分，當(dāng)復(fù)位時(shí)鐘出現(xiàn)高電平時(shí)，積分器復(fù)位為零，隨后復(fù)位時(shí)鐘又變?yōu)榈碗娖?，積分器重新執(zhí)行積分，周而復(fù)始；另一方面，當(dāng)積分器的輸出u+(t) u1時(shí)，比較器輸出Q為低電平，比較器的輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)主開關(guān)管工作。 有源功率因數(shù)校正裝置第19頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一當(dāng)u+(t)u1時(shí)比較器翻轉(zhuǎn)，所以

14、輸出脈沖的占空比為： 有源功率因數(shù)校正裝置式（2-53）所表示的占空比d必然滿足式（2-50）的關(guān)系，可見用圖2-44 的控制電路，就能達(dá)到使其輸入端電流與電壓同相位、功率因數(shù)校正為1的目的。 第20頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一有源功率因數(shù)校正裝置、有源功率因數(shù)校正器的其它一些典型電路第21頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一有源功率因數(shù)校正裝置以上對單相功率因數(shù)校正器的工作原理做了簡單的分析，但中大功率的電力電子設(shè)備在電網(wǎng)中占的比例很大，因此，依托高速數(shù)字處理器、數(shù)字控制研究和發(fā)展三相APFC成為APFC技術(shù)的重心和主流。 三、三相有源功率

15、因數(shù)校正裝置第22頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一四、有關(guān)APFC 的主要研究課題1、新控制方法的研究 如將混沌控制、解藕控制、模糊控制 、矢量控制 、 、最優(yōu)控制等控制技術(shù)與APFC技術(shù)相結(jié)合。2、軟開關(guān)技術(shù)的研究 3、新拓?fù)浼夹g(shù)的研究 有源功率因數(shù)校正裝置第23頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一3.3 靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)一、并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的原理二、靜止無功補(bǔ)償裝置 靜止無功補(bǔ)償裝置，適用于無功負(fù)荷頻繁變化的場合,它要求補(bǔ)償裝置具有快速性和無過渡過程。 按其元件與結(jié)構(gòu)的不同，主要有以下幾種型式：第24頁，共70頁，2022年，

16、5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 1.自飽和電抗器型(Saturated ReactorSR）靜止無功補(bǔ)償裝置（1）電路結(jié)構(gòu)C固定電容器LS自飽和電抗器（2）工作原理 利用自飽和電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓，飽和電抗器工作在全飽和狀態(tài)，此時(shí)飽和電抗器上的電流與電壓保持線性關(guān)系。當(dāng)（3）電壓電流特性（補(bǔ)償特性）第25頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 自飽和電抗器工作原理 自飽和電抗器無功補(bǔ)償裝置依靠電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽和特性，使滯后的無功功率隨端壓的升降而增減。當(dāng)母線電壓升高時(shí)，按特性曲線滯后電流增加，該電流在網(wǎng)絡(luò)電抗XS上產(chǎn)生壓降，從而維持

17、系統(tǒng)電壓不變；反之，當(dāng)母線電壓波動(dòng)下降時(shí)，則超前電流增加，該電流在網(wǎng)絡(luò)電抗XS上產(chǎn)生壓升，從而維持系統(tǒng)電壓不變。 工程上，一般將飽和電抗器的鐵心設(shè)計(jì)在超過磁化曲線轉(zhuǎn)折處運(yùn)行，此時(shí)鐵心完全飽和，飽和電抗器就象空心電抗器一樣，電壓與電流保持線性關(guān)系。靜止無功補(bǔ)償裝置第26頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 2.可控飽和電抗器型(Controlled Saturated ReactorCSR）靜止無功補(bǔ)償裝置（2）工作原理： 它通過改變控制繞組中的電流大小來控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，以改變交流工作電流iL的大小。當(dāng)（3）補(bǔ)償特性：（1）電路結(jié)構(gòu)：第27頁，共

18、70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 3.晶閘管控制電抗器型（Thyrist Controlled Reactor TCR，TCR+FC） （1）電路結(jié)構(gòu)：（2）工作原理： 通過改變晶閘管的觸發(fā)相位角來控制了流過電抗器的電流，從而控制了裝置吸收的無功功率。當(dāng)（3）補(bǔ)償特性：第28頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一補(bǔ)充TCR的補(bǔ)償特性：電感電流波形：第29頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 4.晶閘管投切電容器（Thyrist Switched Capaciter TSC）（1）電路結(jié)構(gòu)：（2）工作原理：（3）補(bǔ)償特性：第30頁，共

19、70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 5.晶閘管開關(guān)電容器組加晶閘管控制電抗器（TSC+TCR）（1）電路結(jié)構(gòu)：（2）工作原理： 按所需的無功補(bǔ)償量投入適當(dāng)組數(shù)的的TSC并略有過補(bǔ)償，再通過TCR吸收的感性無功來抵消這部分過補(bǔ)償?shù)臒o功功率，實(shí)現(xiàn)全補(bǔ)償。（TSC、TCR的工作原理與前面所述的相同）（3）補(bǔ)償特性：第31頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一實(shí)例第32頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 3. 靜止無功發(fā)生器（SVG） 一、SVG的發(fā)展史 靜止無功發(fā)生器（SVG）又稱為全半導(dǎo)體型無功補(bǔ)償器。 1972年，日本學(xué)者首先提出了用

20、半導(dǎo)體變流器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)幕舅枷耄?1976年，美國學(xué)者L.Gyigyi提出了SVG的拓樸結(jié)構(gòu)；1980年，日本研制出了20MVA(SCR)無功補(bǔ)償裝置；1987年，美國研制出了1MVA(GTO)無功補(bǔ)償裝置；1991年，日本研制出了80MVA(GTO)無功補(bǔ)償裝置；1994年，美國研制出了100MVA(GTO)無功補(bǔ)償裝置； 清華大學(xué)研制出了300KVA(GTO)無功補(bǔ)償裝置。第33頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 二、SVG的基本結(jié)構(gòu) 所謂靜止無功發(fā)生器（SVG）是指采用PWM變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置。其拓樸結(jié)構(gòu)如下：用于吸收換相過電壓用于提供直流電流第3

21、4頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一三、基本原理（以電壓型為例） SVG基本原理 通過調(diào)節(jié)PWM變流電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功電流，從而實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。新型靜止無功發(fā)生器（SVG） 電壓型SVG可等效為幅值與相位均可以控制的、與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，它通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上。第35頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一1、理想系統(tǒng)（不考慮SVG的損耗）工作情況分析 此情況下SVG不從電網(wǎng)吸收有功功率，SVG交流側(cè)電壓UI與電網(wǎng)電壓US同相，改變UI的大小就可以控制SVG從電網(wǎng)吸收的電

22、流的性質(zhì)（超前或滯后）。（1）等效電路（2）相量分析第36頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一(b) 圖： 當(dāng)SVG輸出電壓的幅值大于系統(tǒng)電壓幅值時(shí)，為實(shí)現(xiàn)逆變電壓與交流系統(tǒng)間的耦合，電抗壓降起著抵消逆變電壓的作用，系統(tǒng)電流超前電網(wǎng)電壓900運(yùn)行，因此，SVG吸收超前的無功功率，起著電容器的作用；c)圖：而當(dāng)SVG輸出電壓的幅值小于系統(tǒng)電壓幅值時(shí)，電抗壓降起著補(bǔ)償逆變電壓的作用，系統(tǒng)電流滯后電網(wǎng)電壓900 運(yùn)行，SVG吸收滯后的無功功率，起電抗器的作用。 當(dāng)SVG輸出電壓的幅值與系統(tǒng)電壓幅值相等時(shí)，SVG與交流系統(tǒng)之間沒有無功功率的交換。第37頁，共70頁，2022年，5

23、月20日，20點(diǎn)37分，星期一 2、實(shí)際系統(tǒng)工作情況分析 在實(shí)際的SVG系統(tǒng)存在功率損耗，為便于分析將總的損耗用一個(gè)集中電阻R來表示，將實(shí)際SVG等效成R與理想SVG的串聯(lián)。電流超前 （1）等效電路（2）相量分析第38頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一第39頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一結(jié)論：通過改變角來控制SVG吸收的無功電流；為正時(shí)，SVG吸收感性電流；為負(fù)時(shí)，SVG吸收容性電流。（3）無功電流控制方程（以吸收感性無功電流為例）第40頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一3、SVG的補(bǔ)償特性（電壓電流特性） 結(jié)論：SV

24、G所能吸收的最大無功電流ILmax、ICmax由功率器件的電流容量決定，不受電網(wǎng)電壓變化的影響。UI曲線的斜率由參數(shù)x、R決定。第41頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一四、 SVG的控制方法新型靜止無功發(fā)生器ASVG）1、電流直接控制 包括：滯環(huán)比較控制、三角載波控制關(guān)鍵問題：補(bǔ)償電流參考信號的獲取、電流間接控制 根據(jù)SVG的工作原理及無功電流的控制方程，通過對UI幅值、相位的控制來間接控制的交流側(cè)電流。第42頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一五、 SVG與SVC的性能比較新型靜止無功發(fā)生器ASVG）1、直流側(cè)電容容量相對較小，成本較低 對于三相

25、平衡系統(tǒng)，無功功率瞬時(shí)值之和等于零。因此直流側(cè)電容只是為SVG提供一個(gè)直流電壓，并不與交流側(cè)交換無功能量，只要開關(guān)頻率足夠高，直流側(cè)電容容量就可以足夠小。2、補(bǔ)償范圍大 從補(bǔ)償器的電壓電流特性看，SVG的補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)電壓的影響，即使在系統(tǒng)電壓很低的情況下，仍能吸收額定無功電流。3、諧波分量小 采用先進(jìn)的控制方式，SVG的輸出電壓諧波含量可以很小。由于諧波含量小，因此SVG輸出端一般不需要采用濾波器，這樣可減小整個(gè)裝置的成本和體積。4、調(diào)節(jié)速度快 SVG有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，在抑制系統(tǒng)的功率震蕩和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，SVG的效果很好。第43頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，

26、星期一六、有關(guān) SVG的主要研究課題新型靜止無功發(fā)生器ASVG）1、無功電流的檢測理論、檢測方法 要求準(zhǔn)確、快速。2、無功電流參考值的獲?。ㄋ惴ǎ?要求準(zhǔn)確、快速。3、PWM控制方式 在不犧牲系統(tǒng)性能指標(biāo)的情況下，減小開關(guān)頻率。4、控制理論 提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、控制精度。5、主電路研究第44頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一七、 SVG的主要應(yīng)用領(lǐng)域新型靜止無功發(fā)生器ASVG） 除了用于一般電氣系統(tǒng)的無功補(bǔ)償之外，靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）將是SVG的主要應(yīng)用領(lǐng)域。第45頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一一、問題的提出 ： 電力電子裝置的使用給

27、電力系統(tǒng)帶來了諧波污染問題。3.5 電力有源濾波器（APF） 從電力系統(tǒng)來看，整流電路是消耗基波有功電流的負(fù)載，同時(shí)又是基波無功電流和諧波電流的發(fā)生源。第46頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一問題的提出 解決電力電子裝置和其他諧波源諧波污染問題的基本思路： 對裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波、不消耗無功功率、或控制其功率因數(shù)； 裝設(shè)補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償其產(chǎn)生的諧波。 本節(jié)主要討論第二種思路目前的趨勢是，利用電力電子裝置的優(yōu)良控制特性來濾波和補(bǔ)償無功，這種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置就是電力有源濾波器，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。第47頁

28、，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一電力有源濾波器原理二、電力有源濾波器的基本原理(以并聯(lián)型為例）基本原理： 通過檢測補(bǔ)償對象的電流il，經(jīng)補(bǔ)償電流檢算電路計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號ic*，該信號作為補(bǔ)償電流參考值經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路得到補(bǔ)償電流實(shí)際值ic，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無功電流抵消(ic=ih)，最終得到期望的電源電流(is=if)。第48頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 三、電力 有源濾波的兩個(gè)核心問題 電力有源濾波器雖有各種方案，但控制上可歸結(jié)為兩個(gè)問題： 檢測器能否從畸變電流中取得與補(bǔ)償電流相應(yīng)的指令值 ； 變流裝置能否跟隨

29、指令值產(chǎn)生補(bǔ)償電流。電力有源濾波的核心問題第49頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一（一）補(bǔ)償電流指令的獲得（諧波和無功電流檢測）1、模擬檢測方法（1）采用陷波器將基波分量濾除而得到諧波分量 利用高通濾波器對負(fù)載電流中的基波分量產(chǎn)生陷波作用，使輸出信號僅含除基波分量以外的諧波分量，以此作為有源濾波的電流指令信號。第50頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一（2）采用帶通濾波得到基波分量，再與被檢測電流相減，得 到諧波分量。模擬檢測方法的優(yōu)點(diǎn)：快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。 缺點(diǎn)：難設(shè)計(jì)、誤差大、對電網(wǎng)頻率波 動(dòng)和電路元件參數(shù)敏感。 現(xiàn)已極少采用2、數(shù)字計(jì)算檢測方法

30、根據(jù)采集的一個(gè)電源周期的電流值進(jìn)行計(jì)算而得到諧波和無功電流。例：數(shù)字檢測方法的缺點(diǎn)：存在檢測延遲，實(shí)時(shí)性稍差。第51頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一（二）APF的控制直接電流控制功能：根據(jù)補(bǔ)償電流的指令信號和實(shí)際補(bǔ)償電流之間的關(guān)系，得出控制補(bǔ)償電流發(fā)生電路各開關(guān)器件通斷的PWM 信號，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流跟蹤其指令信號變化?；驹?將指令值和補(bǔ)償電流實(shí)測值進(jìn)行比較，兩者的偏差作為滯環(huán)比較器的輸入信號，通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路開關(guān)器件的PWM信號?？刂品椒?、滯環(huán)方式第52頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一電壓型電力有源濾波器a相補(bǔ)償?shù)难芯坷旱?

31、3頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一2、三角載波控制基本原理 由指令值和補(bǔ)償電流實(shí)測值的偏差得到指令信號，用三角波作為載波對其進(jìn)行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生控制主電路開關(guān)器件的PWM信號。跟蹤型PWM控制方式第54頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一四、有源電力濾波器的分類 從濾波器與補(bǔ)償對象的連接方式來看，可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型，目前并聯(lián)型占實(shí)用裝置的絕大多數(shù)。有源電力濾波器并聯(lián)型單獨(dú)使用與LC濾波器混合使用注入電路方式串聯(lián)型單獨(dú)使用與LC濾波器混合使用電力有源濾波器分類第55頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一 濾波器和被補(bǔ)償對象并聯(lián)接

32、入電網(wǎng)，多數(shù)情況用于補(bǔ)償可看作電流源的諧波源。（一）并聯(lián)型濾波器1、單獨(dú)使用方式用于濾除APF開關(guān)頻率附近的諧波特點(diǎn)： 補(bǔ)償電流全部由APF提供，因此要求APF有較大的容量。第56頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一2、與LC混合使用方式 主要的諧波和無功分量由LC濾波器濾除，APF用于改善整體性能。優(yōu)點(diǎn)：所需APF的容量較小。缺點(diǎn)：LC濾波器與電網(wǎng)阻抗可能會(huì)發(fā)生諧振，必須對APF進(jìn)行有效控制以抑制可能發(fā)生的諧振。第57頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一3、注入電路方式分析該電路的工作原理提示：這是為降低APF容量而提出的一種新型電路。（1）C2、

33、L在電源電壓的基波頻率附近發(fā)生串聯(lián)諧振，基波電壓絕大部分由C1承擔(dān)，APF只承受很小一部分基波電壓。（2）C1起無功補(bǔ)償作用。（3）APF不能補(bǔ)償基波無功，只抑制諧波。第58頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一濾波器和被補(bǔ)償對象串聯(lián)接入電網(wǎng)，主要用于補(bǔ)償可看作電壓源的諧波源，使供電點(diǎn)電壓成為正弦。（二）串聯(lián)型濾波器1、單獨(dú)使用方式 APF可看作可變阻抗，它對基波的阻抗為零，對諧波呈現(xiàn)高阻抗，即APF起諧波隔離作用。第59頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一2、與LC混合使用方式 主要的諧波和無功分量由LC濾波器濾除，APF用于改善整體性能。第60頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一五、電流型電力有源濾波器的多脈寬調(diào)制 1、基本結(jié)構(gòu)第61頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一2、調(diào)制方式第62頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一六、有關(guān) APF的主要研究課題1、補(bǔ)償電流的檢測理論、檢測方法 要求準(zhǔn)確、快速。2、補(bǔ)償電流參考值的獲取（算法） 要求準(zhǔn)確、快速。3、PWM控制方式 在不犧牲系統(tǒng)性能指標(biāo)的情況下，減小開關(guān)頻率。4、控制理論 提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、控制精度。5、主電路研究第63頁，共70頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)37分，星期一