混合型并聯(lián)有源電力濾波器設(shè)計(jì)

1、1混合型并聯(lián)有源電力濾波器混合型并聯(lián)有源電力濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)2一 有源濾波器設(shè)計(jì)按照APF容量的定義有：S=3EI=3*220*I=10kVar得到電流：I15.15A先確定Uc:考慮器件的耐壓及裕量的要求取1000V。VEUmc4 .933220*2*333l直流側(cè)電容的選擇：負(fù)序電流和高次諧波電流在直流電容側(cè)造成的能量脈動(dòng)，以及開關(guān)和APF的交流電感儲(chǔ)能造成的能量脈動(dòng)，都需要直流側(cè)電容來緩沖。因此電容電壓的允許波動(dòng)范圍影響電容量C的大小。補(bǔ)償負(fù)序電流時(shí)，直流電容儲(chǔ)存的電能波動(dòng)最為明顯，因此主要考慮由于負(fù)序電流造成的能量脈動(dòng)。 直流側(cè)電容C的選擇，可套用公式：參數(shù)確定4l式中Em是APF的輸出

2、相電壓幅值，Im是負(fù)序電流分量幅值，是直流電壓脈動(dòng)量，是基波角頻率，Udc電容電壓。現(xiàn)假設(shè)負(fù)載輸出電流為15A，負(fù)序電流為輸出電流的50%，直流側(cè)電容Udc=1000 V，允許脈動(dòng)1%，則參數(shù)確定FC15761000*50*2*01. 0*215*2*5 . 0*220*2*32l實(shí)際取1600uF.5lL確定：,94*maxtciLUcc參數(shù)確定開關(guān)器件選擇：主要考慮兩個(gè)方面：(1)耐壓要求：主要考慮IGBT上浪涌電壓不應(yīng)超過IGBT集電極C和發(fā)射極E的額定電壓；(2)電流要求：集電極電流I電流必須處在IGBT開關(guān)安全工作區(qū)以內(nèi)。電壓取1.5倍的裕量，選用Fairchild公司的FGL40N

3、150D型IGBT，其主要參數(shù)為最高耐壓1500 V，額定電流40 A6APF框圖7二 電流跟蹤控制技術(shù)l采用恒頻拋物線法設(shè)定開關(guān)頻率為設(shè)定開關(guān)頻率為20k,20k,根據(jù)恒頻拋物根據(jù)恒頻拋物線法：法：mnpmAmuUULTA,438. 8)96. 2*2/(50*1000)(28拋物線法PSIM模型9實(shí)際電流比較波形：10三 控制策略 采用直接電源電流控制，不檢測(cè)諧波的雙閉環(huán)方式。因?yàn)閷?shí)際的諧波及無功電流檢測(cè)或基波有功電流檢測(cè)不但不能提高諧波和無功電流的補(bǔ)償精度，反而會(huì)使APF產(chǎn)生諧波及無功電流補(bǔ)償誤差。11電壓外環(huán)框圖l電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)為1.電壓外環(huán)用于保持直流側(cè)電容電壓的恒定。電壓外環(huán)

4、傳遞函數(shù)如下：maxmax,*23ismdcsuIKiUUKd12PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)l按照典型2系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器為PI型調(diào)節(jié)器，帶一個(gè)0.01s的慣性環(huán)節(jié)濾波。典型II系統(tǒng)為：CsKKsWsTssKdiVRIIIIII)() 1() 1(2調(diào)節(jié)器為：13PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)l按典型設(shè)計(jì)有：05. 05LPFPIT111. 401. 0*467. 0*1*1*251600*325322uTKKCKLPFdiPI則有電壓調(diào)節(jié)器：) 101. 0() 105. 0(111. 4)(ssssWVR) 101. 0(05. 0) 105. 0(206. 0)(ssssWVR或14PSIM中模型15三相解耦電流控制：

5、l在三相三線系統(tǒng)中，三相電流之間存在禍合關(guān)系而相互影響，因此拋物線法電流控制技術(shù)不能原封不動(dòng)的移植到三相三線系統(tǒng)中，需要研究和探討拋物線法電流控制技術(shù)在三相三線變換器中的解耦控制。本文采用虛擬零序電流解耦控制。l設(shè)三相系統(tǒng)對(duì)稱，三相三線系統(tǒng)可以表示成三相四線系統(tǒng)和零序之和。16解耦可得虛擬的三相四線系統(tǒng)電路方程17解耦18三 無源濾波器設(shè)計(jì)l使用三組LC二階調(diào)諧濾波器，分別濾去5、7、11次諧波電流l第n次諧波頻率的濾波器l調(diào)諧銳度應(yīng)有如下關(guān)系l確定方法：(1) 先根據(jù)補(bǔ)償容量及經(jīng)濟(jì)因素確定電容C(2) 根據(jù)諧波頻率確定L(3) 根據(jù)Q值確定RCnLnss1fnrfnrRLCRQ119無源濾波

6、器l 參數(shù)l類型R（）L（mH）C(uF)Ql5次濾波器0.37.64 53.07840l7次濾波器0.35.46 37.91340l11次濾波器0.33.47 24.1274020四 混合方式21五 仿真結(jié)果l（1）單獨(dú)使用無源濾波器進(jìn)行補(bǔ)償22單獨(dú)使用無源lL10uH時(shí)補(bǔ)償后電流FFT分析23lL200uH時(shí)補(bǔ)償后電流FFT分析可見電源阻抗會(huì)影響補(bǔ)償效果，電源阻抗大剛補(bǔ)償效果好。因?yàn)榭梢婋娫醋杩箷?huì)影響補(bǔ)償效果，電源阻抗大剛補(bǔ)償效果好。因?yàn)長CLC濾波實(shí)濾波實(shí)為電壓源型濾波器，對(duì)諧波電壓形成一個(gè)低阻通道，而非電流。對(duì)電源阻為電壓源型濾波器，對(duì)諧波電壓形成一個(gè)低阻通道，而非電流。對(duì)電源阻抗小的

7、諧波電流補(bǔ)償作用有限。抗小的諧波電流補(bǔ)償作用有限。24（2）單獨(dú)使用APF25FFT26APF輸出電流RMS與單獨(dú)使用無源與單獨(dú)使用無源LCLC裝置相比，基波含量明顯增加。說明裝置相比，基波含量明顯增加。說明本設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)單獨(dú)使用單獨(dú)使用APFAPF比單獨(dú)使用無源裝置效果好。比單獨(dú)使用無源裝置效果好。27（3）混合使用分析28FFT29混合使用APF輸出電流RMS值輸出電流明顯小于單獨(dú)使輸出電流明顯小于單獨(dú)使用用APFAPF30六 結(jié)論l無源濾波裝置在電源阻抗很小時(shí)幾乎不起作用，在電源阻抗較大時(shí)才起作用。這是因?yàn)闊o源濾波器本為電壓源型器件，對(duì)諧波電壓形成低阻抗通道而不是諧波電流，當(dāng)諧波電流經(jīng)過電源阻形成諧波電壓時(shí)才會(huì)起到一定作用。l單獨(dú)使用APF比單獨(dú)使用無源濾波裝置效果好，這是因?yàn)闊o源濾波裝置只是對(duì)特定的諧波次數(shù)形成低阻通道。l混合使用APF和無源濾波裝置，比單使用APF，電源電流中的5、7、11次諧波可以得到