三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器
谐波计算方法
谐波检测的应用与发展电力是现代人类社会生产与生活不可缺少的一种主要能源形式。
随着电力电子装置的应用日益广泛，电能得到了更加充分的利用。
但电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大影响。
谐波被认为是电网的一大公害，对电力系统谐波问题的研究已被人们逐渐重视。
谐波问题涉及面很广，包括对畸变波形的分析方法、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿和抑制、谐波限制标准以及谐波测量及在谐波情况下对各种电气量的检测方法等。
谐波检测是谐波问题中的一个重要分支，对抑制谐波有着重要的指导作用，对谐波的分析和测量是电力系统分析和控制中的一项重要工作，是对继电保护、判断故障点和故障类型等工作的重要前提。
准确、实时的检测出电网中瞬态变化的畸变电流、电压，是众多国内外学者致力研究的目标。
常规的谐波测量方法主要有：模拟带通或带阻滤波器测量谐波基于傅里叶变换的谐波测量；基于瞬时无功功率的谐波测量。
但是，各种基本方法在实际运用中均有不同程度局限及缺点。
针对这一问题，在以上各种方法基础上的拓展和改进方法应运而生，本文着重介绍近几年来的一些新兴的谐波测量方法。
改进的傅里叶变换方法傅里叶变换是检测谐波的常用方法，用于检测基波和整数次谐波。
但是傅里叶变换会产生频谱混叠、频谱泄漏和栅栏效应。
怎样减小这些影响是研究的主要任务，通过加适当的窗函数，选择适当的采样频率，或进行插值，尽量将上述影响减到最小。
延长周期法［1］是在补零法的基础上，把在一个采样周期内采到的N 个点扩展任何整数倍。
他的表达式为：与传统的补零法相比，既简化了步骤，又可以获得同样准确或更准确的频谱图。
在达到同样的0.973 5分辨率情况下，测量起来步骤更简洁，而且频谱图更准确。
基于Hanning窗的插值FFT算法［2］基于Hanning窗的电网谐波幅值、频率和相位的显示计算公式：仿真结果证明，应用上述分析结果，电网谐波幅度、频率和相位的估计达到了预期的分析精度。
三相四线制有源电力滤波器的研究及仿真
邵 竹 星 （ ９ ６ ） １８ 一 ， 男 ， 士 研究 生 ， 硕 研 究 方 向 为 电 力 电子
功功率理论 的谐波检测方 法 。建立 了四桥臂带输 出电感的三相 四线制 的数学模 型。基 于 幽０坐标 系下数学模型 ， 用电流 内环 的基 于前馈 解耦 Ｐ 控制方 法 ， 采 Ｉ 以及 Ｐ 参数 的 Ｉ 设计 方法。利用三维空 间矢量 脉宽调制技术 （ Ｄ Ｓ Ｐ ３ —Ｖ ＷＭ） 进行 电流跟踪控制逆变器 的
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｃｉｅｐ ｗｅ ｌ ｒ Ａ Ｆ） ｈ ｅ－ｈ ｓ ｏ ｒｗ ｒ ；ｍａｈ ｍａｉ ｍｏ ｅ；ｆｅ ｏｗ ｒ ｅ ｅ ｏ ｄ ：ａｔ ｏ ｒｆｔ （ Ｐ ；ｔｒｅｐ ａｅｆｕ － ｉｅ ｖ ｉｅ ｔｅ ｔ ｄ ｌ ｅｄ ｆｒ ａｄ ｄ － ｃ
ｃ ｕｐｌｎｇ；３ － ｏ ｉ Ｄ ＳＶＰＷ Ｍ
ｒ ｇｓｓ ｍ ａ ｂ ｉ．Ｔ ｅｃｒ ｎ ｃ ｓ— ｏ Ｉａｊｓ ｅｔ ａｅ ｎｖｌ ｇ ｅ ｒ ａ ｅｏｐｉｇｗ ｓ ｄｐｅ ｉ ｔ ｗ ｓ ｕｌ ｈ ｕｒ ｔ ｌ ｅｌ ｐＰ ｄ ｔ ｎ ｓｄｏ ｏ ａｅｆ ｄｆ ｗ ｒ ｄｃｕ ｌ ａ ｏｔｄ ｎ ｙｅ ｔ ｅ ｏ ｏ ｕｍ ｂ ｔ ｅ ｏ ｄ ｎ ａ
变换技术 和 电能质
量分析与补偿 。
Ｓ ｕ ｙ ａ ｄ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉｎ ｆＴｈ ｅ ． ａ ｅ Ｆｏ ｒ Ｗ ｉｅ Ａｃ ｉｅ Ｐｏ ｒ Ｆｉ ｅ ｔ ｄ ｎ ｉ ｌｔｏ ｏ ｒ ｅ Ｐｈ ｓ ｕ ． ｒ ｔｖ ｗｅ ｌ ｒ ｔ
三相四线制有源电力滤波器的控制方法研究
三相四线制有源电力滤波器的控制方法研究摘 要：并联型电力有源滤波器是 一种应用广泛的谐波抑制和无功补偿装置。
本文采用基于时域变换的谐波电流检测算法(TTA),并将滑动平均值滤波应用于该算法中。
通过建立仿真模型，对 TTA 和ip-iq 法谐波电流的检测效果及有源滤波器系统的控制进行了仿真分析。
结果表明采用滑动均值滤波的TTA 算法能够快速、准确地检测出谐波和无功电流。
关键词：三相四线;有源电力滤波器;谐波检测;滑动平均值滤波1.引言在低压配电网中广泛采用了三相四线制系统。
由于各种电能变换装置的应用以及中性线的存在，零序电流在中性线上相互叠加，会使得中性点偏移，三相 电流不对称，也会导致中线电流大大超过它的额定值，造成中线故障;另一方面使得变压器过热，导致绝缘破坏，同时还会造成中线对地电势的提升。
有源电力滤波 器(Active Power Filter，APF)因为能够根据不同的目的实现灵活的动态补偿且不容易和电网阻抗发生谐振，在三相四线制系统中已经得到了广泛的应用谐波及无功电流的 检测和补偿电流的控制都是有源滤波器应用中的关键技术，检测算法中使用的低通滤波器又是影响检测精度与速率的关键因素。
传统谐波检测多采取使用普通低通滤 波器(LPF)的ip-iq 法，但是其计算量较大，稳态精度和动态性能不够理想。
本文采用基于时域变换的谐波电流检测算法(Time-domain based Transform Algorithm，TTA)【1】，并将滑动平均值滤波技术应用到该算法中，可以有效地改善谐波检测的动、稳态性能。
补偿电流的控制采用滞环比较法，该 方法原理简单，响应速度快，且不含有特定频率谐波分量。
2.谐波及无功电流检测原理将负载电流通过计算得到期望的基波正序有功电流，再与负载电流相减取反，即可得到谐波和无功电流。
基于这种思想，目前谐波和无功的检测主要有以下几种方法【2】：(1)采用模拟滤波器的谐波检测方法;(2)基于傅立叶变换的谐波检测方法;(3)基于小波分析的谐波检测方法;(4)基于神经网络的谐波检测方法;(5)基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法;(6)基于时域变换的谐波电流检测法。
三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器
1 引言
近年来 , 谐波抑制和无功功率补偿等问题日益 受到重视 。在对变化的无功功率和谐波进行快速动 态补偿和抑制时 , 建立在平均值基础上的传统无功 功 率 理 论 已 难 以 适 应 。80 年 代 由 赤 木 泰 文 ( H1Akagi) 提出了建立在瞬时值基础上的三相电 路瞬时无功功率理论[ 1 ,2 ] 引起诸多研究者的注意 , 并在许多方面得到了成功的应用 。该理论突破了传 统的以平均值为基础的功率定义 , 系统地定义了瞬 时无功功率 、瞬时有功功率等瞬时功率量 。借助于 该理论 , 可以得到谐波和无功电流的瞬时检测方 法 , 这大大地推动了有源电力滤波器技术的发展与 应用 。 瞬时无功功率理论是建立在三相三线制系统的 基础上 。然而 , 在工业现场中 , 三相四线制系统是 非常普遍的 。但该理论有一定的局限性 , 主要是系 统中存在着零序电流分量 。如何将瞬时无功功率理 论引伸到三相四线制系统中来 , 这也是国内外许多 专家和学者所关心的问题[ 3 ,4 ] , 并为之做了大量的 工作 [ 5 ] 。
n
∞
n
) + I 2 nsin ( n ωt + φ2 n + 120° )] - 120° ) + I 2 nsin ( n ωt + φ2 n - 120° )] + 120°
n =1
[ I 1 sin (ωt + φ 1 ∑
n
n
(7)
三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器
《电工技术杂志》2001 年第 4 期
p0 p q u0
2 三相四线制系统中的瞬时无功功率 [ 6 ]
对于三相四线制系统 , 由于其含有零线电流 , β坐标 在进行坐标变换时 , 不再是一正交的平面 α 2 β 系 , 而是含有 0 轴的三维坐标系 , 即要在α 2 20 坐
基于三电平逆变器的三相四线制有源电力滤波器
基于三电平逆变器的三相四线制有源电力滤波器摘要：本文中介绍了一种基于三电平中点箝位逆变器的三相四线制有源电力滤波器。
这种有源电力滤波器和控制器以及消除谐波在所有三个阶段中性线电流。
有的中性点钳位逆变器的三相三线制用于三相四线制系统的，因为分裂的直流电容器提供一个中立的连接。
分裂直流电容电压调节和平衡，提出新的控制使用标志立方滞后控制器。
控制方法识别的谐波基于滞环控制开关表选择开关状态电流快速傅立叶变换。
仿真和实验结果验证了三相四线制有源电力滤波器的可行性。
1导言近年来，线电流谐波问题是电力系统要解决的最重要的问题之一。
谐波电流在正弦线电压的情况下，不利于有功功率[1]。
这同样适用于无功电流。
不受欢迎的电流元件电力系统造成压力，产生不安的基波和谐波的网络阻抗的电压下降。
有源电力滤波器（APF）是一种通过注入与谐波电流相反的补偿电流来消除不需要的电流分量。
配电系统本质上是不平衡的，因为负载通常是非常动态的，随时间变化。
因此，保持完美的平衡波形一定的限度内的配电电压是相当困难的。
此外，如果是不平等的加载阶段，它们产生的不需要的负序和零序电流。
在非线性的电压和电流，谐波电流，有功功率的贡献。
负序会导致过度加热机，变压器饱和，和纹波在整流器[2][3]。
零序电流造成不仅在中性线的权力过大损失，但也降低保护电路[3]。
Z字形变压器的中性电流（零序电流）减少，常常被聘用，并利用它可以通过改善零阻塞变压器[4]。
但是，这个方案有几个缺点。
一个更好的解决方案，以减少中性线电流是利用在四线制APF的。
在本文中，三个层次的中点钳位（人大）电压源逆变器（VSI）“[5]的APF使用。
其优点是众所周知的一代的交流电压和电流极低的谐波失真，共模（CM）的部分，以及较低的开关频率和功率损耗。
APF的基于三电平逆变器的成本，可以减少使用具有较低的电感值的被动元件，根据开关频率平等[6]的条件。
NPC逆变器，广泛应用于三相三线制的申请，有分裂的直流电容器的结构。
三相电力系统中的广义瞬时无功功率理论
三相电力系统中的广义瞬时无功功率理论摘要该篇论文讲述了三相电力系统中广义上的瞬时无功功率理论。
该理论给出了瞬时无功功率的一般定义，适用于任何三相电力系统，不论正弦或非正弦，平衡或不平衡以及是否含有零序电流和电压。
并且详细论述了新定义的瞬时无功功率的特性和物理意义，然后又以含零序的三相滤波器为例来说明如何用该理论来计算和补偿无功功率。
1.引言对于正弦电压和正弦电流的单相电力系统来说，有功功率，无功功率，有功电流，无功电流、功率因数等参数都是基于平均值的概念。
很多学者都试图重新定义上述参数来处理不平衡以及电压、电流发生畸变的三相系统。
其中，引入了一个有用的瞬时无功功率的概念，它提供了一个有效的方法可以不用储存能量就能补偿三相电力系统的瞬时无功功率分量。
但是这个瞬时无功功率理论仍然在概念上仍然受[2]中所列出的限制，即该理论只是对于不含零序电流和零序电压的三相系统是完整的。
为了解决这个限制和其他问题，提出了一个新方法来定义瞬时有功电流和瞬时无功电流。
但是，他的方法是把电流分解成正交的分量，而不是分解功率。
这篇论文提出了三相电力系统的瞬时无功功率的一般理论，该理论给出了瞬时无功功率的一般定义，适用于任何三相电力系统，不论正弦或非正弦，平衡或不平衡，以及是否含有零序电流和电压。
下面介绍这个理论的一些性能。
2.三相系统的瞬时无功功率的定义图1 三相电路的结构对于图1所示的三相电力系统，瞬时电压和瞬时电流表示成瞬时空间矢量v和i ，也就是图2 三相的相量图图2给出了互相垂直的三相坐标图，依次记为a相，b相，c相。
这个三相电路的瞬时有功功率p可以写成这里表示点乘或者矢量的内积。
公式（2）也可以写成传统的定义式这里，我们定义一个新的瞬时空间矢量为q ,这里表示矢量的叉乘。
矢量q代表这个三相电路的瞬时无功功率矢量，q 的幅值或长度定义为瞬时无功功率，即这里表示一个矢量的幅值或长度。
公式（3）和（4）可以各自改写成反过来，我们再定义瞬时有功电流矢量，瞬时无功电流矢量，瞬时视在功率S,以及瞬时功率因数为这里和分别为三相系统的电压和电流的幅值。
三相四线制不对称系统有源电力滤波器的研究
器。 在谐波检测环 节采用任意次谐波电流的无锁
相 环 的检 测方 法 来 减小 电路 设计 和 调试 难 度 ， 同
时增强抗干扰能 力； 在补偿 电流控制环节采用了
三维空间矢量脉 宽调制 （Ｄ— ＶＰ ３ Ｓ ＷＭ） 术来 技
解决中线电流补偿问题以及提高补偿精度。
２ 并联电力有源滤波电路的控 制方法
真， 验证 控制算法的正确性 。 关键词 ： 有源电力滤波器 三相四线制 不对 称系统 三维空间矢量脉宽调制 仿真
以带 电容中点的三桥臂Ｐ ＷＭ变流器为主电路 的
三 相 四线 并联 有 源 电力滤波 器为研 究 对 象 。
有源电力滤波器系统 由指令电流的运算 电路 （ 谐波检 测电路 ） 和补 偿电流发生电路构成
系统的 任意 次谐 波电流 的无 锁 相环 的检 测 和 三维 空 『 百 １
根据 中线电流补偿方式 不同， 应用于三相四 线并联有源电力滤波器的拓扑结构主要有两种：
三 桥臂 Ｐ Ｍ变流 器和 四桥 臂 Ｐ Ｍ变流器 。 文 Ｗ Ｗ 本
矢 量脉 宽调制技 术 ， 对有 源电力滤波器 进行了建 模 及仿
有 源 电力滤波器 （ Ｆ） ＡＰ 的基 本工作原 理是 ， 在 非 对 称 三 相 四线 制 系统 中， 由于 中线 电流
实时检 测补 偿对 象的电压 和 电流 ， 经指令 电流
的运 算 电路 计 算 得 出补 偿 电流 （ 波 ） 谐 的指 令 信 号 ， 信 号 经 补偿 电流 发 生 电路放 大 ， 出补 偿 该 得
静 ∞ 西
研究与交流
三相 四线 制不 对称 系统有 源 电力滤 波器 的研 究
王群 京 许 维 国 李 国丽 漆 星
合肥 工 业 大学 （ ３ ０ ９） ２００
三相四线并联有源电力滤波器的性能分析
３ Ｕ ｒ ｏ ＝ ３ Ｓ ｎ Ｅ 一 （ Ｓ ｓ ｂ ＋ ｓ ） ｕ ｄ ｃ
参考文献
（ １ 】乐 健 ． 姜齐荣 ． 韩英铎 ． 基 于统一数 学模
型 的三相 四线有 源 电力滤 波器的电流滞环
是 四桥 臂的拓补 结构 中 Ｎ桥 臂输 出能力 的二
分之 一，在对 中线 电流 的补偿能力方面 ，三桥 臂拓补结构也 比四桥臂拓补结构稍弱些。
结构 分析 。而对 三相 四线并 联的 Ａ Ｐ Ｆ进
能力是最弱的，只有直流电压利 用效率 的二分 ｋ值对 三桥臂 电容 中分拓补 结构的输 出能力 与
晰 时 ，需采用统一的拓补结构 。
三相四线并 联有源 电力滤波 器分析 使 Ａ、Ｂ、ｃ桥臂输 出电流的变化率会降低 很多， 其对对象谐波含量 的补偿性能也会下降 。
ｅ 侧 ，在 图 １ － １中，各 电容值 由下至 上 以 Ｂ、Ｃ桥臂输 出电流变 化率的提 高，这时可 以 Ｃ 、Ｃ 、Ｃ 、ｃ ａ ； 直 流 电 压 的 总 值 是 做 到充分利用直流 电压 。 ＝ ｕ ｄ ，在 进行分 析时 ，假定 直流 电压 的总 ： 整个过程中是不变的；三相三线全桥逆变 ： 由 Ａ、Ｂ、Ｃ桥臂构 成的 ，作为 为单相 半 ｉ 构 的 Ｎ桥 臂，通过接 入 点接入到 直流侧 上，如图 １ ． １中所示 的 Ｊ 点与 Ｋ点。 在 对系 统零序 电压忽 略不计 的情 况下 ，
电力电子 ● Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
三相 四线并联有源 电力滤波器 的性 能分析
文／ 潘 元 鑫
０＋
键词 】数学模型 三相 四线制 并联有源 电 ； 波器 性能分析
０－ 图 卜１ ：三相四线并联有 源电力滤波器的统一拓补结构
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i′a1f = 2 I1 f sin (ωt + φ1f)
i′b1f = 2 I1 f sin (ωt + φ1f - 120°) (10)
i′c1f = 2 I1 f sin (ωt + φ1f + 120°) 将此基波正序分量与 ia 、ib 、ic 相减 , 即可得 出三相电流中包含谐波 、基波负序 、零序在内的补
—3 —
《电工技术杂志》2001 年第 4 期
三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器
3 Akagi H , Nabae A1 The p2q t heory in t hree2p hase systems under nonsinusoidal conditions1 European Trans Electrical Power Engineering , 1993 , 3 (1) ∶27～31
由式 (3) 可以看出 , 三相瞬时功率可以表达 为下面的形式
—1 —
《电工技术杂志》2001 年第 4 期
p3 < ( t) = ua ia + ub i b + uc ic = uαiα + uβ iβ + u0 i0
= pa ( t) + pb ( t) + pc ( t) = pα( t) + pβ( t) + p0 ( t)
标系进行变换 , 以电压矢量为例 , 如图 1 所示 , 有
u0 uα = uβ
1/ 2 2 31
0
1/ 2 - 1/ 2
3/ 2
1/ 2 - 1/ 2 - 3/ 2
ua ub (1) uc
这里 ua 、 ub 、 uc 是系统相 电 压 , 对 于 电 流 ia 、ib 、ic 也有对应的关系和矢量图成立 。即
图 2 有源电力滤波器的系统原理图
三相四线制系统与三相三线制系统的区别在于 存在零线 。因而用于三相四线制系统中有源电力滤 波器与用于三相三线制中的相比 , 根本的区别在于 对三相电流中零序分量的处理 。有源电力滤波器由 指令电流运算电路和补偿电流发生电路两部分组 成 , 对于前一部分 , 要求在三相四线制的情况下仍 要准确快速地形成指令电流 , 也就是检测出补偿对 象中的谐波 、基波负序 、零序等电流分量 ; 而对于 后一部分 , 则要求根据指令电流信号正确地产生补
—2 —
三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器
偿电流 。 311 指令电流运算电路
在三相四线制系统中 , 由于三相电流之和不为 零 , 因此基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方 法不可直接应用 。为解决在三相四线制系统中瞬时 检测谐波电流的问题 , 这里作者提出了一种零线电 流分离法来解决这个问题 , 即先求出其零序电流分 量 , 将零序电流分量从各相电流中剔除 , 除去零序 分量后的三相电流可以利用三相三线制情况下的检 测方法进行检测[7 ] , 进而求出三相四线制系统中 的谐波 、基波负序 、零序在内的补偿电流指令信 号 。同时算出的零线电流反极性后作为零线补偿电 流的指令信号 。指令电流运算电路的原理图如图 3 所示 。图中
瞬时无功功率理论是建立在三相三线制系统的 基础上 。然而 , 在工业现场中 , 三相四线制系统是 非常普遍的 。但该理论有一定的局限性 , 主要是系 统中存在着零序电流分量 。如何将瞬时无功功率理 论引伸到三相四线制系统中来 , 这也是国内外许多 专家和学者所关心的问题[3 ,4 ] , 并为之做了大量的 工作[5 ] 。
= p ( t) + p0 ( t)
(4)
这里 , p = pα + pβ 是瞬时有功功率 , 而 p0 =
u0 i0 是瞬时零序功率 。式 (4) 表明 , 在使用 α2β2
0 坐标变换时零序功率部分可以从系统中分离出
来 。q 由于只取决于α2β成分 , 故并不包括系统的
零序分量 。对于正序和负序分量 , 只与瞬时功率
首先计算三相电流的零序电流分量 iz
iz = ia + ib + ic
(5)
然后 , 将各相电流中的零序分量分离 , 去除零序电
流后的三相电流分别为 i′a 、i′b 、i′c , 即 i′a = ia - iz
i′b = ib - iz
(6)
i′c = ic - iz
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
则 i′a 、i′b 、i′c中只含有正序分量和负序分量 ,分别为
p 、q 有关 , 电压或电流中的零序分量对 p 、q 两
者均无影响 。
3 三相四线制有源电力滤波器的研制
应用于三相四线制系统的有源电力滤波器系统 原理结构图如图 2 所示 。图中 , 负载为谐波源 , 产 生谐波及三相不平衡电流 , 零线有电流流过 。有源 电力滤波器由指令电流运算电路 、电流跟踪控制电 路 、驱动电路及主电路四部分组成 。其中后三部分 共同构成了并联型有源电力滤波器的补偿电流发生 电路 。其基本工作原理是 : 通过检测补偿对象 (即 图中负载) 的电压与电流 , 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电流相抵消 , 最终得到期望 的电源电流[7 ] 。
∞
∑ i ′a = 2 [ I1 nsin(ωt + φ1 n) + I2 nsin( nωt + φ2 n) ] n =1
∞
∑ i ′b = 2 [ I1 nsin(ωt + φ1 n - 120°) + I2 nsin( nωt + φ2 n + 120°) ] n =1
∞
∑ i ′c = 2 [ I1 nsin(ωt + φ1 n + 120°) + I2 nsin( nωt + φ2 n - 120°) ] n =1
(7)
三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器
《电工技术杂志》2001 年第 4 期
且有
i′a + i′b + i′c = 0
(8)
此时零线电流 iN 为
iN = ia + ib + ic = 3 iz
(9)
对于 i′a + i′b + i′c , 用文献 [ 7 ] 介绍的基于瞬时无 功功率的检测方法 , 得出其中的基波正序分量如下
·研究与开发 ·
《电工技术杂志》2001 年第 4 期
三相四线制电路中的瞬时无功功率 及有源电力滤波器
卓 放 王 跃 王兆安 (西安交通大学 710049)
摘 要 讨论了在三相四线制系统中瞬时无功功率理论和有源电力滤波器的研究结果。给出 了三相四线制系统中瞬时功率、瞬时有功、瞬时无功以及零序功率的表达式以及在 α2β20 坐标系下 的关系式 , 解释了各瞬时功率之间的物理关系。在此基础上 , 研制了一台用于三相四线制有源电力 滤波器的实验装置 。给出了系统的基本补偿原理 、主电路及控制电路结构 。并利用该装置进行了补 偿实验 , 结果表明 , 该装置可对三相四线制系统中的谐波、负序、零序等电流分量进行补偿。 关键词 三相四线制 谐波 瞬时无功 瞬时功率 有源电力滤波器
1 - 1/ 2 - 1/ 2 C3/ 2 = 2/ 3
0 3/ 2 - 3/ 2 sinωt - cosωt C = - cosωt - sinωt
图 3 指令电流运算电路原理图
而 C - 1 、 C2/ 3 则 是 对 应 的 逆 变 换 。负 载 电 流 ia 、 ib 、ic 由电流霍耳测出 , 在零线电流分离电路中 ,
本文讨论了三相四线制电路在不同条件下的瞬 时功率 , 分析了三相四线制电路中瞬时有功 、瞬时 无功以及零序功率的组成特点 , 介绍了用于三相四 线制系统有源电力滤波器实验装置的研究情况 。提 出了一种用零线电流分离法的三相四线制系统谐波 实时检测方法 , 并研制出用于三相四线制系统的有 源电力滤波器系统 。给出了系统的组成和工作原 理 。实验结果表明该方法是正确的 , 可以获得很好 的补偿效果 。
图 4 有源电力滤波器主电路结构 及其与负载之间的连线图
313 有源电力滤波器直流侧电容电压的控制方法 直流侧电压的变化由有源电力滤波器与电网之
间的能量流动所决定 。由于有源电力滤波器除了器 件和线路损耗外 , 没有其他负载消耗能量 , 直流侧
只有一个储能电容 , 因此 , 当有源电力滤波器吸收 有功功率大于线路和器件的损耗时 , 其直流侧电压 升高 , 反之 , 而直流侧电压下降 。只有当有源电力 滤器器吸收的有功功率等于线路和开关器件的损耗 功率时 , 其直流侧电压才保持不变 。有源电力滤波 器是吸收有功功率还是发出有功功率 , 是由其补偿 电流的基波分量与基波电压之间的相位来决定的 。 当基波电压与基波电流同相时 , 有源电力滤波器吸 收有功功率 ; 当基波电压与基波电流反相时 , 有源 电力滤波器发出有功功率 。
2 三相四线制系统中的瞬时无功功率[6 ]
对于三相四线制系统 , 由于其含有零线电流 , 在进行坐标变换时 , 不再是一正交的平面 α2β坐标 系 ,而是含有 0 轴的三维坐标系 ,即要 在α2β20 坐
国家自然科学基金资助项目 (59737140)
图 1 电压矢量在 α2β20 坐标系中的示意图
4 实验结果与结论
利用所研制的有源电力滤波器装置对图 4 所示 的谐波源负载进行了补偿实验 。谐波源由一个带电 感性负载的三相二极管整流桥和带电阻性负载的一 个单相二极管整流桥组成 。图 5 给出了实验结果 。 可以看出有源电力滤波器投入前三相电流不对称 , 波形畸变严重 , 且零线中存在较大电流 。而有源电 力滤波器补偿后的三相电源电流波形对称 , 且为正 弦 , 零线电流基本消除 。
可以有多种形式 , 这里采用了一种控制上相对简单