电力电子电路控制2

2.指标与标准性能指标：¾总谐波畸变率THD（Total Harmonic Distortion）THD= Harm I rms/ Fund I rms¾总要求畸变率TDD（Total Demand Distortion）TDD = Harm I rms/ Full-load Fund I rmsTotal I, rms Fund I,rmsHarm I,rms THD(I)TDDFull load936.68936.0035.57 3.8% 3.8% 836.70836.0034.28 4.1% 3.7%767.68767.0032.21 4.2% 3.4%592.63592.0027.23 4.6% 2.9%424.53424.0021.20 5.0% 2.3%246.58246.0016.97 6.9% 1.8%111.80111.0013.3212.0% 1.4%Measured¾基波位移因数DF（Displacement Factor）1cosΦ1＝P1/S1＝基波有功功率/基波视在功率¾功率因数PF （Power Factor）PF＝P/S＝有功功率/视在功率标准：国际标准：IEEE Std 519-1992、IEEE Std 1159-2009、欧共体标准《公用配电系统供电电压特性》、IEC 61000-2-2、IEC 61000-3-6、IEC 61000-3-2、IEC 61000-3-4、IEC 61000-4-7等国内标准：SD 126-84 《电力系统谐波暂行规定》、GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》等3.技术方案D ynh3h92电网电源h5, h7Ddy3调谐式滤波器L5抗谐波电感器L43仅削减5次和7次谐波(12脉冲整流、移相式滤波器)66无谐波APF11-存在谐波-成本昂贵：增大电力系统的供电容量和电缆、开关等5仅按谐波频率选择衰减次数2变压器以不同的方式联接仅限制3次和3n次谐波4仅降低谐波电流THD电路方案电力电子变换方案3.1方案简介3.2电力电子变换方案并联型有源电力滤波器串联型有源电力滤波器有源电力滤波器APF4.并联型有源电力滤波器（PAPF）4.1工作机理电源非线性负载例三相整流器IsIoIc电源Is=负载基波Io1+补偿器Ic负载Io并联型APF11o s oh c oh o o i i i i i i i ==+=则令补偿负载谐波补偿负载谐波+−+−+−sa L sb L scL sau sb u scu dcL dcR 1D 3D 5D 4D 6D 2D +−1S 3S 5S 4S 6S 2S dcC caL cb L ccL 也称负载谐波电流补偿器HCC三相桥式变换电路电源非线性负载并联型APF电源Is负载Io补偿Icpo s q o oh c oh q o p o oh o o i i i i i i i i i i i 11111=+=++=+=则令补偿负载谐波及无功电流补偿负载谐波及无功电流并联型APF 相当于谐波和无功电流发生器；补偿负载谐波电流，使电网电源电流波形正弦化，补偿负载无功功率，使电网功率因数为1。

4.2控制系统框图ci *ciload电网控制器PWM 形成驱动桥式电路反馈量检测环节-电流指令检测环节指令检测：实时检测v o ,i o分离出i oh ,i o1q得到实时(i oh +i o1q )指令4.3谐波电流和无功电流的检测A轴B轴C轴αβαV &αI &βV &βI &以三相三线制为例:CC B B A A i v i v i v P ⋅+⋅+⋅=3三相有功功率ββααi v i v P ⋅+⋅=2二相系统有功⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−−=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2/32/12/32/10132,323232C i i i C i i v v v C v v C B A C B A 其中取βαβα⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−−−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⇒2/32/32/12/10132,232323C i i C i i i v v C v v v C B A C B A 其中可得βαβαP 2=P 3二相正交αβ静止坐标系：A轴B轴C轴αβαV &αI &βV &βI &V&I &vφi φφqβαβαjI I I jV V V +=+=&&,如果旋转矢量φωφφφφωφ−=−==t I I Vt V v i v的相位的相位差为与的相位&&&&)sin(sin )cos(cos sin sin cos cos φωφφωφωφωφβαβα−==−======t I I i t I I i t V V v t V V v i i v v 选取二相正交旋转坐标系pq:ti t i t I I i t i t i t I I i i q i p ωωφωφωωφωφβαβαcos sin )sin(sin sin cos )cos(cos −=−==+=−==⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡βαβαωωωωi i C i i t tt ti i ST q p cos sin sin cos STTS STC C pq C pq =→→变量：变量变量：变量αβαβ⎪⎩⎪⎨⎧====qp Vi Q P P Vi P pq 无功功率有功功率系中32)3/2cos()3/2cos(cos πωπωω+=−==t V v t V v t V v m C m B m A )3/2cos()3/2cos()cos(πφωπφωφω+−=−−=−=t I i t I i t I i m C m B m A tV t V v tV t V v m m ωωωωβαsin sin 23cos cos 23====)sin()sin(23)cos()cos(23φωφωφωφωβα−=−=−=−=t I t I i t I t I i mm φφφφsin sin 23cos cos 23I I i I I i m q m p ====ABC坐标系基波正弦→αβ坐标系基波正弦→pq坐标系直流ABC坐标系n次谐波→αβ坐标系n次谐波→pq坐标系（n-1）次谐波A iB i Ci32C αi βi STC pi q i LPFLPFp I qI TSC 1αi 1βi 23C 1A i 1B i 1C i −−−+++AhACi i=*BhBC i i =*ChCC i i =*PLLtt ωωcos sin Av 谐波电流检测电路=q i 令谐波及无功电流检测电路qC Ch CC qB Bh BCqA Ah AC i i i i i ii i i 1*1*1*+=+=+=维持直流侧电压V D 的恒定电压调节器*DVDV −DV Δpi ΔpI +'pI相当于PWM 整流过程5.串联型有源电力滤波器（SAPF）SAPF工作机理v s 为正弦波，如果z o 是线性的，负载处端电压v o 也是正弦；v s 为正弦波，如果z o 非线性，负载处端电压v o 含谐波，其他负载会受到谐波电压的危害；sV si dV RB AD 1D 4D 3D 2L -+-+(a)电容滤波二极管整流B 1A 1C dV cv A Bv hVhVJHGFEDdVdVttωtωtωsv si (c )波形图NM检测电力系统节点（例如图中非线性负载节点A、B、C）处谐波电压vh ，令桥式开关电路经串联变压器PT的二次绕组输出的补偿电压vc与谐波电压vh 大小相等、方向相反，即可使图（a）中节点A1、B1、C1处电压无畸变。

图a+−+−+−sa L sb L sc L sa u sb u sc u dcR 1D 3D 5D 4D 6D 2D +−1S 3S 5S 4S 6S 2S 2dc C ca L cbL ccL 1dc C ca C cb C cc C 串联型APF 相当于谐波和基波电压发生器SAPF控制系统框图cv *cv控制器PWM 形成驱动桥式电路反馈量检测环节-电压指令检测环节load电网谐波电压指令检测：可类似谐波电流检测电路⎪⎩⎪⎨⎧−=−=−=⇒⎪⎩⎪⎨⎧−=−=−=→⎪⎩⎪⎨⎧Ch CCBhBC Ah AC C C ChB B BhA A Ah CB A v v v v v v v v v v v v v v v v v v ***111实时检测9并联型APF：是一个电流源，输出谐波补偿电流ic ，补偿负载的谐波电流ioh，使电源电流正弦化；9串联型APF：是一个电压源，输出谐波补偿电压vc ，补偿负载的谐波电压vh，使电网中其它负载端点电压无谐波，电源电流也随之正弦化；6.有源电力滤波器的应用有源电力滤波器APF ：并联型APF串联型APF无源电力滤波器PPF ：由L 、C 构成APF 与PPF的比较可以跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响不允许基波频率改变（50Hz 变为60Hz ）可被调控到不过载有过载的危险谐波电流增大的影响不受影响滤波特性受系统参数影响较大，有可能与电网阻抗发生谐振阻抗变化的影响不受影响效果降低谐波频率变化的影响可同时补偿多种谐波（和无功）只能消除特定的几次谐波，对某些次谐波还会产生放大作用谐波电流抑制APFPPF比较混合型电力滤波器＝APF ＋PPF有多种电路组合方式。

+−+−+−sa L sb L sc L sa u sb u sc u dcR 1D 3D 5D 4D 6D 2D +−1S 3S 5S 4S 6S 2S 2dc C caL cb L ccL 1dc C caC cbC cc C pcC pb C pa C pa L pb L pcL 组合使用方式：1、APF 与LC 并联2、APF 与LC 串联3、谐振注入电流方式+−+−+−sa L sb L sc L sa u sb u sc u dcR 1D 3D 5D 4D 6D 2D +−1S 3S 5S 4S 6S 2S dcC ca L cbL ccL ca C cb C ccC pcC pbC pa C paL pbL pc L dcL 无功和谐波是导致电能质量下降的主要原因；并联型APF 能同时进行无功补偿和谐波抑制，是在电能质量领域中能得到广泛应用的绿色电力电子装置；混合型电力滤波器在大功率场合应用，技术经济性能指标最佳；无功和谐波是导致电能质量下降的主要原因；并联型APF 能同时进行无功补偿和谐波抑制，是在电能质量领域中能得到广泛应用的绿色电力电子装置；混合型电力滤波器在大功率场合应用，技术经济性能指标最佳；。