港口变电所无功补偿和谐波治理的研究51

发布时间：2016-10-16 08:21

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武汉理工大学硕士学位论文；图５－３总迭代过程；５．２谐波动态补偿原理；传统的谐波抑制方式都是采用Ｌｃ滤波器，其结构简单；图５－４中，检测信号由检测装置输出所得，其主电路；作为主电路的Ｐ删变流器，在产生补偿电流时，主要作；当需要补偿负载所产生的谐波电流时，滤波器检测出补；ｌ，Ｉｌ工＋ｌ‘㈣㈨；㈣圳；伊ｌ工?‘Ｆ＋‘ｎｌｃ；‘一ｌ工＋ｌｃ－‘ｖ伊训；式中：０一负

武汉理工大学硕士学位论文

图５－３总迭代过程

５．２谐波动态补偿原理

传统的谐波抑制方式都是采用Ｌｃ滤波器，其结构简单，效果很差，并且对于实时变化的谐波，这种滤波方式完全失去了作用，故研究一种新型的动态补偿谐波方式是相当有必要的。图ｐ４所示的是一种动态补偿谐波的系统结构原理图。图５－４谐波动态补偿的系统结构原理图

图５－４中，检测信号由检测装置输出所得，其主电路主要是Ｐ帐变流器所组成，其基本工作原理是检测补偿对象的电压和电流经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。

作为主电路的Ｐ删变流器，在产生补偿电流时，主要作为逆变器工作，但它并不仅仅是作为逆变器而工作的，如在电网向有源电力滤波器直流侧贮能元件充电时，它就作为整流器工作。也就是说，它既工作于逆变状态，也工作于整流状态，且两种工作状态无法严格区分。。

当需要补偿负载所产生的谐波电流时，滤波器检测出补偿对象负载电流ｆ，．的谐波分量ｆ。。，将其反极性后作为补偿电流的指令信号ｔ，由补偿电流发生电路产生的补偿电流ｉｃ即与负载电流中的谐波分量‘。大小相等、方向相反，因而两者互相抵消，使得电源电流ｆ。中只含基波，不合谐波．这样就达到了抑制电源电流中谐波的目的．上述原理可用如下的一组公式描述：

ｌ，Ｉｌ工＋ｌ‘㈣㈨

㈣圳

伊ｌ工?‘Ｆ＋‘ｎｌｃ。－－１１．Ｈ圳

‘一ｌ工＋ｌｃ－‘ｖ伊训

式中：０一负载电流的基波分量?

如果要求滤波器在补偿谐波的同时，补偿负载的无功功率，则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流的基波无功分量反极性的成分即可。这样，补偿电流与负载电流中的谐波及无功成分相抵消，电源电流等于负载电流的基波有功分量。

５．３有源电力滤波器的工作原理

５．３．１有源电力滤波器的系统构成

根据有源电力滤波器接入电网的方式，可将其分为两大类，即并联型和串

联型。两者又分别包括不同的类型。有源电力滤波器的每一种类型结构各有其特点，因而其工作原理、特性等也就各有其特点。

（１）并联型有源电力滤波器

并联型有源电力滤波器包括单独使用的并联型有源电力滤波器、与Ｌｃ滤波器混合型有源电力滤波器、注入电路方式有源电力滤波器和与旋转电机并用方式的有源电力滤波器四种。由于Ｌｃ滤波器与有源电力滤波器相比，其优点在于结构简单、易实现且成本低，而有源电力滤波器的优点是补偿性能好．两者结合同时使用，既可克服有源电力滤波器容量大、成本高的缺点，又可使整个系统获得良好的性能。故下面主要介绍与Ｌｃ滤波器混合使用的方式．这种方式的ＰＦ分为与Ｌｃ滤波器并联使用和与ＬＣ滤波器串联使用两种类型，如图５－５所示：

负载负载

电

ＡＰＦ＂

（ａ）与Ｌｃ滤波器并联（ｂ）与Ｌｃ滤波器串联

图５＿５与Ｌｃ滤波器混合使用的ＡＰＦ

图（ａ）中ＡＷ与ＬＪｃ无源滤波器并联接入电网，两者共同承担补偿谐波的任务。Ｌｃ无源滤波器包含多组单调谐滤波器及高通滤波器，主要负责补偿较高次的谐波，承担了绝大部分补偿任务。ＡＰＦ的作用是改善整个系统的性能其所需容量与单独使用时相比大大降低。理论上，凡使用Ｌｃ滤波器的场合均存在与电网阻抗发生谐振的可能，因此在这种并联使用方式中，需要对ＡＰＦ进行有效的控制来抑制可能发生的谐振。

图（ｂ）为ＡＰＦ与ＬＣ无源滤波器串联使用的方式，这种方式的谐波与无功电流主要由ＬＣ滤波器补偿，而ＡＰＦ用来改善Ｌｃ滤波器的滤波特性：克服Ｌｃ滤波器易受电网阻抗影响、易与电网阻抗发生谐振等缺点。该方式中，ＡＰＦ不承受５０

交流电源的基波电压，因而装置的容量小．由于ＡＰＥ与Ｌｃ滤波器一起仍是与负载并联接入电网，故仍将其归入并联型。

（２）串联型有源电力滤波器

串联型ＡＰＦ是通过一个匹配变压器将ＡＰＥ串联于电源与负载之间，它与并联型ＡＰＥ不同，主要用来补偿可以看作是电压源的谐波源，比如采用电容滤波的整流电路。针对这种谐波源，串联型ＡＰＦ输出补偿电压，以抵消由负载产生的谐波电压，使供电点的电压波形成为正弦波。串联型ＡＰＥ与并联型ＡＰＦ可以看作是对偶关系。串联型ＡＰＦ包括单独使用方式和与Ｌｃ滤波器混合使用方式，如图５－６所示：

负载负载

（ａ）单独使用（ｂ）与Ｌｃ滤波器混合使用

图５－６串联型ＡＰＦ

图５－６Ｃａ）为单独使用的串联型ＡＰＦ．由于串联型ＡＰＦ损耗较大，各种保护电路也比较复杂，所以很少单独使用，多数情况下是与Ｌｃ无源滤波器混合使用，如图５—６（ｂ）。这种方式是在负载和Ｌｃ无源滤波器与电网电源之间串入ＡＰＦ，谐波基本上由Ｌｃ无源滤波器补偿，而ＡＰＥ只是为了改善Ｌｃ无源滤波器的滤波性能而设置的。可以把ＡＰＦ看作是一个可变阻抗，它对基波的阻抗为零，对谐波呈现出高阻抗，迫使谐波电流不流入电网，而流入Ｌｃ滤波器。这样，ＡＰＥ起到了谐波隔离器的作用，可以抑制电网阻抗对Ｌｃ无源滤波器的影响，避免了电网与Ｌｃ无源滤波器之间发生谐振的可能，从而极大地改善了Ｌｃ无源滤波器的性能。

５．３．２有源电力滤波器的主电路

有源电力滤波器在实际应用中往往要求容量较大，如采用单个ＰＷｌ４交流器不能达到容量要求时，通常采用多重化的主电路形式。下面分别介绍：

（１）单个ＡＰＥ主电路形式

图５－７Ｃａ）所示的电压型ＡＰＦ直流侧接有大电容，正常工作时其电压基本不变，可看作电压源，但为保持直流侧电压不变，需对该电压进行控制；如果把图中大电容换成一个大电感，则变为了电流型ＡＰＰ，如图５－７（ｂ）所示。正常工作时其电流基本不变，可看作电流源，但为保持直流侧电流不变，需对直流侧电流进行控制。电压型ＡＰＦ交流侧输出电压为Ｐ删方波；电流型ＡＰＦ交流测输出电流为Ｐ删方波。’

（ａ）（ｂ）

图５－７单个ＡＰＦ主电路形式

电压型ＡＰＥ效率高，初期投资少，可任意并联扩容，易于单机小型化，适用于电网级谐波补偿，而电流型ＡＰＦ不会因主电路开关器件的直通而发生短路故障，但其直流侧大电感上始终有电流流过，而电流又会在电感的内阻上产生较大的损耗，因此目前使用较少。

（２）多重叠加主电路形式

当应用单个ＡＰＦ不能满足容量需要时，可采用多重化的主电路形式。多重叠加主电路形式可以扩充ＡＰＦ的容量，降低单个开关器件的开关频率，提高等效开关频率，同时可以减小器件的开关损耗，改善补偿电流的跟踪特性，提高逆变效率。ＡＰＦ多重叠加主电路有如下三种形式：通过串联电抗器进行叠加、通过平衡电抗器进行叠加和通过变压器的串联进行叠加，如图５—８所示：

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