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直流側(cè)APF主電路參數(shù)與補償性能的關系

作者: 時間:2012-03-11 來源:網(wǎng)絡 收藏
1 引言

  電力電子裝置的廣泛應用,在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的電力諧波。電力諧波主要有以下幾個方面的危害[1-3]:使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用效率降低;使電器過熱、產(chǎn)生振動和噪聲;并使絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發(fā)生故障或燒毀;引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振,使諧波含量放大,造成電容器等設備燒毀;引起繼電保護和自動裝置誤動作,使電能計量出現(xiàn)混亂;對于電力系統(tǒng)外部,諧波對通信設備和電子設備會產(chǎn)生嚴重的電磁干擾等。有源電力濾波器(APF)被認為是一種很有前途的諧波治理方法。文中討論的直流側(cè)APF主要針對整流負載的諧波治理[4]。

  的參數(shù)與其和整個系統(tǒng)的成本有著密切的關系,因此參數(shù)的確定就尤為重要。參數(shù)選取是否適當,不僅決定系統(tǒng)能否正常工作,而且影響系統(tǒng)的,還影響整個系統(tǒng)的成本。文中分別討論了主電路的主要參數(shù)(電感L、直流側(cè)儲能電容C)以及電容電壓Uc與之間的關系,并給出了參數(shù)選取標準。為主電路參數(shù)的設計提供了理論依據(jù)。最后,根據(jù)文中提出的參數(shù)選取標準,設計并調(diào)試了一臺試驗樣機,試驗結(jié)果證明了文中理論分析的正確性。

2 直流側(cè)APF的工作原理[4]
  
  與交流側(cè)APF相比,直流側(cè)APF主電路結(jié)構由全橋或半橋結(jié)構簡化為雙向 Boost結(jié)構。其功率級電路如圖1所示,其中L、S1、S2、Cp構成兩象限Boost型變換器。開關S1、S2互補導通,在一個開關周期中,S1導通的時間為占空比D對應的時間。


  對于 DC側(cè)APF來說,如果從整流橋直流側(cè)向輸出端看去,負載和與之相并聯(lián)的DC側(cè)APF一起視為純電阻,則達到了控制目的。此時,對于電源來說,可以用一個等效電阻來模擬非線性負載與DC側(cè)APF相并聯(lián)的整體電路,并設該等效電阻為Re,則DC側(cè)APF的控制目標可表示為
  (1)

  在準靜態(tài)狀態(tài),兩象限Boost變換器的輸入輸出關系滿足
  (2)

  將DC側(cè)APF的控制目標(1)式帶入(2)式,等式兩邊同乘電流ig取樣比Rs,得到
  (3)

  令
,則(3)式可以簡寫為
  (4)

  在每個開關周期TS內(nèi),認為ig、vm近似不變,對(4)式兩邊同時在一個開關周期內(nèi)積分,得
  (5)

  方程(5)可以采用單周控制方式[4]來實現(xiàn)。如果在每個開關周期中都滿足了(5)式,也就使電網(wǎng)輸出電流保持為正弦波,達到了諧波補償?shù)哪康摹?br style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; ">
3主電路參數(shù)與補償性能的關系

3.1電感L的確定

  控制APF中各開關器件的目的是使APF產(chǎn)生的補償電流能夠?qū)崟r跟蹤非線性負載電流中的諧波和無功電流的變化,并提供大小相同、方向相反的諧波和無功電流,使電網(wǎng)向負載和APF構成的整體電路提供正弦電流。電感電流的動態(tài)指標
決定了APF的跟蹤效果。從理論上講,在一定范圍內(nèi),電感電流的動態(tài)變化率越大,補償效果越好。在ugmax,Uc相同的情況下,如果L的值小一些,
就會大一些。當然也不是L越小越好。L越小,
越大,會在補償電流中產(chǎn)生過大的紋波電流,從而影響補償效果。因此應確定APF可以跟蹤的負載電流最大變化率
。下面將推導確定負載電流變化最大值的近似公式。如果APF的開關頻率為fs,那么APF能夠補償?shù)淖罡叽螖?shù)諧波頻率
fh=
  (6)

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