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

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

直流輸電本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分諧波的危害

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(guò)熱，甚至燒毀。本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分有源濾波器無(wú)源濾波器無(wú)功補(bǔ)償?shù)妊b置++混合型并聯(lián)型串聯(lián)型本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分準(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(wèn)題準(zhǔn)確性、快速性

不滿(mǎn)足要求穩(wěn)定性不滿(mǎn)足要求諧波源波形濾波后波形本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分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(wèn)題價(jià)格昂貴的全控型電力半導(dǎo)體器件

本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分優(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(wèn)題本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分系統(tǒng)層面問(wèn)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(wú)源濾波器共同決定本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分負(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(jiàn)問(wèn)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本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分負(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6/26/20239本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分并聯(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

6/26/202310本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分不同檢測(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(wú)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；6/26/202311本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分并入式混合型并聯(lián)濾波器單相等效電路圖只有有源只有無(wú)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6/26/202312本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分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(wèn)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(wú)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(wú)源濾波器只補(bǔ)償了基波無(wú)功。

6/26/202313本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分并入式混合濾波系統(tǒng)一般的控制方法有源濾波器補(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6/26/202314本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分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(wú)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

6/26/202315本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分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(wú)抑制作用

只考慮電網(wǎng)電壓畸變的情況6/26/202316本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分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6/26/202317本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分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6/26/202318本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分電流檢測(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(xiàn)性負(fù)載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形非線(xiàn)性負(fù)載和無(wú)功補(bǔ)償電容器均投入后的實(shí)驗(yàn)波形6/26/202319本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分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）6/26/202320本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分電流檢測(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(xiàn)性負(fù)載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形非線(xiàn)性負(fù)載和無(wú)功補(bǔ)償電容器均投入后的實(shí)驗(yàn)波形6/26/202321本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分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

6/26/202322本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分一般控制方法下系統(tǒng)問(wèn)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(wú)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(wú)源濾波器的補(bǔ)償效果，對(duì)無(wú)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(wú)源濾波器和電網(wǎng)的串聯(lián)諧振。6/26/202323本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分不同檢測(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(wú)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6/26/202324本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分幅頻特性不同檢測(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(wú)源濾波器諧波電流分量：幅頻特性6/26/202325本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分不同檢測(cè)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)特性的影響分析（B點(diǎn)）補(bǔ)償系數(shù)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

6/26/202326本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分不同檢測(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

6/26/202327本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分不同檢測(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(wú)源濾波器諧波電流分量：電網(wǎng)諧波電流分量：6/26/202328本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分不同檢測(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)取0.8有源濾波器抑制串聯(lián)諧振仿真有源濾波器和無(wú)源濾波器諧振仿真6/26/202329本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分電流檢測(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(xiàn)性負(fù)載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形非線(xiàn)性負(fù)載和無(wú)功補(bǔ)償電容器均投入后的實(shí)驗(yàn)波形6/26/202330本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分不同檢測(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）6/26/202331本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分不同檢測(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(wú)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(wú)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(méi)有有效減小。有源電力濾波器對(duì)無(wú)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(wú)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(wú)源濾波器之間存在著諧振的可能。6/26/202332本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分基于電網(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6/26/202333本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分基于網(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

6/26/202334本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖

由圖中不同曲線(xiàn)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(lái)越好；隨著電容值的變化，系統(tǒng)沒(méi)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

6/26/202335本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分系統(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(lái)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。

6/26/202336本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分基于網(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。6/26/202337本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分基于網(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。6/26/202338本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分電流檢測(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(xiàn)性負(fù)載時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形非線(xiàn)性負(fù)載和無(wú)功補(bǔ)償電容器均投入后的實(shí)驗(yàn)波形6/26/202339本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分基于網(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）6/26/202340本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分電流檢測(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(xiàn)性負(fù)載和無(wú)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6/26/202341本文檔共44頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期一\16點(diǎn)18分綜合考慮有源、無(wú)源及電網(wǎng)特性的系統(tǒng)層面問(wèn)題檢測(cè)A點(diǎn)電流控制方法：系統(tǒng)屬于開(kāi)環(huán)控制，不存在穩(wěn)定性問(wèn)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(guò)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(kāi)系統(tǒng)不穩(wěn)定頻段，系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作。但實(shí)際系統(tǒng)中，由于電容器頻繁投切，電網(wǎng)阻