有源電力濾波器設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的問題與對(duì)策

有源電力濾波器設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的問題與對(duì)策第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五供用電系統(tǒng)諧波……軋鋼機(jī)電弧爐中頻爐

電焊機(jī)電機(jī)

變頻傳動(dòng)軌道交通先進(jìn)照明計(jì)算機(jī)

充電機(jī)家用電器高壓

直流輸電第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五諧波的危害

干擾其他電氣、電子設(shè)備，使之發(fā)生故障，甚至引起電網(wǎng)局部諧振，設(shè)備損毀；造成額外電能損耗，引起設(shè)備過熱，甚至燒毀。第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五有源濾波器無源濾波器無功補(bǔ)償?shù)妊b置++混合型并聯(lián)型串聯(lián)型第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五準(zhǔn)確快速穩(wěn)定的檢測(cè)與控制方法減小有源裝置容量以降低造價(jià)系統(tǒng)層面問題準(zhǔn)確性、快速性

不滿足要求穩(wěn)定性不滿足要求諧波源波形濾波后波形第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五有源電力濾波器造價(jià)隨容量增加而急劇上升準(zhǔn)確快速穩(wěn)定的檢測(cè)與控制方法減小有源裝置容量以降低造價(jià)系統(tǒng)層面問題價(jià)格昂貴的全控型電力半導(dǎo)體器件第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五優(yōu)化配置穩(wěn)定控制準(zhǔn)確快速穩(wěn)定的檢測(cè)與控制方法減小有源裝置容量以降低造價(jià)系統(tǒng)層面問題？第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五系統(tǒng)層面問題的起因補(bǔ)償特性由有源濾波器、負(fù)載、電網(wǎng)以及可能的無源濾波器共同決定第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五負(fù)載特性對(duì)系統(tǒng)的影響與對(duì)策常規(guī)的、基于有源濾波器本身的認(rèn)識(shí)常見問題：1）所需有源濾波器容量大于原有測(cè)量值2）安裝有源濾波器后負(fù)荷側(cè)諧波電流反而增大了第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五負(fù)載特性對(duì)系統(tǒng)的影響與對(duì)策更準(zhǔn)確的、考慮負(fù)載特性的模型第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五并聯(lián)型有源電力濾波器應(yīng)用的一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并入式混合濾波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析

混合系統(tǒng)中有源電力濾波器諧波電流檢測(cè)共有以下幾種方法：檢測(cè)負(fù)載側(cè)A點(diǎn)諧波電流控制方法；檢測(cè)無源濾波器補(bǔ)償后B點(diǎn)諧波電流控制方法；檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)C點(diǎn)諧波電流控制方法；第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五并入式混合型并聯(lián)濾波器單相等效電路圖只有有源只有無源混合濾波系統(tǒng)僅考慮負(fù)載諧波源時(shí)單相諧波等效電路圖

并入式混合濾波系統(tǒng)一般的控制方法第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五并入式混合濾波系統(tǒng)一般的控制方法諧波全部補(bǔ)償控制方法的原理及其存在的問題

有源電力濾波器檢測(cè)負(fù)載全部諧波電流，輸出補(bǔ)償負(fù)載全部諧波。幅頻特性電網(wǎng)諧波電流分量：無源濾波器諧波電流分量：幅頻特性當(dāng)GA=1時(shí)，有源電力濾波器補(bǔ)償全部負(fù)載諧波，無源濾波器只補(bǔ)償了基波無功。

第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五并入式混合濾波系統(tǒng)一般的控制方法比較項(xiàng)目APF5次諧波APF7次諧波5次無源7次無源GA=0.539A22A37A23AGA=177A46A3.2A1.6A諧波分次補(bǔ)償1A2.3A72A45A有源濾波器補(bǔ)償所有諧波的仿真結(jié)果（GA=1）

有源濾波器補(bǔ)償部分諧波的仿真結(jié)果（GA=0.5）

有源濾波器不補(bǔ)償5、7次諧波的仿真結(jié)果第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五抑制諧振作用的分析只考慮負(fù)載電流諧波ωS為電網(wǎng)基波角頻率

ωt為無源濾波器調(diào)諧角頻率

只考慮負(fù)載電流諧波的情況混合濾波系統(tǒng)控制系統(tǒng)框圖：有源電力濾波器對(duì)并聯(lián)諧振有抑制作用

第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五抑制諧振作用的分析幅頻特性有源電力濾波器對(duì)串聯(lián)諧振無抑制作用

只考慮電網(wǎng)電壓畸變的情況第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五抑制諧振作用的分析有源濾波器抑制并聯(lián)諧振仿真波形第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五抑制諧振作用的分析有源濾波器抑制串聯(lián)諧振仿真波形第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五電流檢測(cè)點(diǎn)位于A點(diǎn)對(duì)并聯(lián)諧振抑制情況分析（補(bǔ)償前）抑制諧振作用的分析僅投入非線性負(fù)載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形非線性負(fù)載和無功補(bǔ)償電容器均投入后的實(shí)驗(yàn)波形第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五抑制諧振作用的分析檢測(cè)A點(diǎn)電流控制策略

電流檢測(cè)點(diǎn)位于A點(diǎn)對(duì)并聯(lián)諧振抑制情況分析（補(bǔ)償后）第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五電流檢測(cè)點(diǎn)位于A點(diǎn)對(duì)串聯(lián)諧振抑制情況分析（補(bǔ)償前）抑制諧振作用的分析僅投入非線性負(fù)載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形非線性負(fù)載和無功補(bǔ)償電容器均投入后的實(shí)驗(yàn)波形第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五抑制諧振作用的分析電流檢測(cè)點(diǎn)位于A點(diǎn)對(duì)串聯(lián)諧振抑制情況分析（補(bǔ)償后）檢測(cè)A點(diǎn)電流控制策略第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五一般控制方法下系統(tǒng)問題總結(jié)并入式混合型并聯(lián)濾波系統(tǒng)采用檢測(cè)負(fù)載諧波電流的控制方法主要有以下特點(diǎn)：

對(duì)有源濾波器、無源濾波器的容量?jī)?yōu)化配置要求對(duì)有源濾波器的補(bǔ)償系數(shù)和所分擔(dān)諧波成分精心設(shè)計(jì)。有源電力濾波器改善無源濾波器的補(bǔ)償效果，對(duì)無源濾波器和電網(wǎng)并聯(lián)諧振有一定的抑制作用。有源電力濾波器不能抑制電網(wǎng)中由電網(wǎng)電壓畸變產(chǎn)生的諧波電流以及無源濾波器和電網(wǎng)的串聯(lián)諧振。第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）只考慮負(fù)載電流諧波

有源電力濾波器檢測(cè)無源濾波器后電流各次頻率的諧波成分，輸出諧波補(bǔ)償電流為：只考慮負(fù)載電流諧波的情況第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五幅頻特性不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）電網(wǎng)的諧波電流分量：無源濾波器諧波電流分量：幅頻特性第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）補(bǔ)償系數(shù)電網(wǎng)5次諧波負(fù)載5次諧波無源5次諧波有源5次諧波GA=0.83.8A77A73A5AGA=10A76A5A72A補(bǔ)償系數(shù)取0.8時(shí)補(bǔ)償效果仿真波形

補(bǔ)償系數(shù)取1時(shí)補(bǔ)償效果仿真波形

混合濾波系統(tǒng)對(duì)負(fù)載諧波電流補(bǔ)償特性的仿真結(jié)果

第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）補(bǔ)償系數(shù)電網(wǎng)4.5次諧波負(fù)載4.5次諧波無源4.5次諧波有源4.5次諧波GA=0132A15A132A0AGA=0.84.7A16A4.9A16AGA=11A17A1A14A混合濾波器抑制并聯(lián)諧振仿真波形補(bǔ)償系數(shù)取0.8時(shí)有源濾波器抑制并聯(lián)諧振仿真波形補(bǔ)償系數(shù)取1時(shí)有源濾波器抑制并聯(lián)諧振仿真波形

第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）只考慮電網(wǎng)電壓畸變的情況無源濾波器諧波電流分量：電網(wǎng)諧波電流分量：第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）混合濾波器抑制串聯(lián)諧振仿真波形補(bǔ)償系數(shù)電網(wǎng)4.8次負(fù)載4.8次無源4.8次有源4.8次GA=0.85.7A8.4A228A230A補(bǔ)償系數(shù)電網(wǎng)4.5次負(fù)載4.5次無源4.5次有源4.5次GA=0243A24A245A0AGA=0.88A5A3.8A35A補(bǔ)償系數(shù)取0.8有源濾波器抑制串聯(lián)諧振仿真有源濾波器和無源濾波器諧振仿真第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五電流檢測(cè)點(diǎn)位于B點(diǎn)對(duì)并聯(lián)諧振抑制情況分析（補(bǔ)償前）不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）僅投入非線性負(fù)載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形非線性負(fù)載和無功補(bǔ)償電容器均投入后的實(shí)驗(yàn)波形第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）傳統(tǒng)的只檢測(cè)B點(diǎn)電流控制策略

電流檢測(cè)點(diǎn)位于B點(diǎn)對(duì)并聯(lián)諧振抑制情況分析（補(bǔ)償后）第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性影響總結(jié)（B點(diǎn)）

并入式混合型并聯(lián)濾波器采用檢測(cè)無源濾波器后諧波電流的控制方法主要有以下特點(diǎn)：混合濾波器可以補(bǔ)償電網(wǎng)中由負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，但補(bǔ)償系數(shù)取值接近1時(shí)，無源濾波器補(bǔ)償?shù)恼{(diào)諧頻率諧波電流較少，有源濾波器的容量沒有有效減小。有源電力濾波器對(duì)無源濾波器和電網(wǎng)之間的并聯(lián)諧振有抑制作用。有源電力濾波器可以抑制由電網(wǎng)電壓畸變產(chǎn)生的無源濾波器與電網(wǎng)之間的串聯(lián)諧振。當(dāng)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變時(shí)，采用該控制方法，有源電力濾波器和無源濾波器之間存在著諧振的可能。第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五基于電網(wǎng)電壓Ush和A點(diǎn)電流檢測(cè)的PAPF復(fù)合控制方法基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法檢測(cè)電網(wǎng)電壓Ush和B點(diǎn)電流的復(fù)合控制方法系統(tǒng)特性分析

第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖

由圖中不同曲線對(duì)應(yīng)的相位裕量可以看出，采用檢測(cè)B點(diǎn)電流控制方法時(shí)，隨著電壓通道補(bǔ)償系數(shù)的增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來越好；隨著電容值的變化，系統(tǒng)沒有出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法檢測(cè)電網(wǎng)電壓和B點(diǎn)電流的復(fù)合控制方法系統(tǒng)特性分析

第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖

基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法檢測(cè)電網(wǎng)電壓和B點(diǎn)電流的復(fù)合控制方法系統(tǒng)特性分析

當(dāng)電流檢測(cè)點(diǎn)位于B點(diǎn)時(shí)，給PAPF并聯(lián)電阻后，可以使原來不穩(wěn)定的系統(tǒng)變得穩(wěn)定，同時(shí)有良好的補(bǔ)償效果。

第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法電流檢測(cè)點(diǎn)位于B——并聯(lián)諧振只檢測(cè)B點(diǎn)電流控制方法

檢測(cè)電網(wǎng)電壓和B點(diǎn)電流控制方法

采用只檢測(cè)B點(diǎn)電流控制方法時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定；采用檢測(cè)電網(wǎng)電壓和B點(diǎn)電流的復(fù)合控制方法可以很好的抑制系統(tǒng)并聯(lián)諧振。第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法電流檢測(cè)點(diǎn)位于B——串聯(lián)諧振

采用只檢測(cè)B點(diǎn)電流控制方法時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定；采用檢測(cè)電網(wǎng)電壓和B點(diǎn)電流的復(fù)合控制方法可以抑制串聯(lián)諧振。第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五電流檢測(cè)點(diǎn)位于B點(diǎn)對(duì)并聯(lián)諧振抑制情況分析（補(bǔ)償前）基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法僅投入非線性負(fù)載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形非線性負(fù)載和無功補(bǔ)償電容器均投入后的實(shí)驗(yàn)波形第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法檢測(cè)電網(wǎng)電壓和B點(diǎn)負(fù)載電流控制策略只檢測(cè)B點(diǎn)電流控制策略

電流檢測(cè)點(diǎn)位于B點(diǎn)對(duì)并聯(lián)諧振抑制情況分析（補(bǔ)償后）第41頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五電流檢測(cè)點(diǎn)位于B點(diǎn)對(duì)串聯(lián)諧振抑制情況分析基于網(wǎng)壓Ush和B點(diǎn)電流檢測(cè)的復(fù)合控制方法非線性負(fù)載和無功補(bǔ)償電容器均投入，補(bǔ)償前實(shí)驗(yàn)波形檢測(cè)電網(wǎng)電壓和B點(diǎn)負(fù)載電流控制策略，補(bǔ)償后實(shí)驗(yàn)波形第42頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五綜合考慮有源、無源及電網(wǎng)特性的系統(tǒng)層面問題檢測(cè)A點(diǎn)電流控制方法：系統(tǒng)屬于開環(huán)控制，不存在穩(wěn)定性問題，可以有效補(bǔ)償電網(wǎng)中由負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流。實(shí)際系統(tǒng)中，由于電容器安裝組數(shù)較多，且位置分散靈活，A點(diǎn)的電流很難通過檢測(cè)得到，該方法應(yīng)用受限。檢測(cè)B點(diǎn)電流控制方法：系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制，當(dāng)PAPF補(bǔ)償所有次諧波時(shí)，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，補(bǔ)償系統(tǒng)存在著穩(wěn)定性和補(bǔ)償效果之間的矛盾。當(dāng)PAPF采用指定次諧波補(bǔ)償控制策略時(shí)，如果能避開系統(tǒng)不穩(wěn)定頻