新型低谐波直流可控电抗器

得
N i =
2 2 ( k 2) [ 3 Υ 4Υ m (Υ m + d ) sin Ξt 3 Υ m sin
第 1 期 张素丽等: 新型低谐波直流可控电抗器
・1 1 9 ・
型逆变器而言, 易于控制, 同时为保证电流的单向 流动, 要在每个 IGB T 桥臂上串联一个二极管。 为 了减小装置体积, 优化设计, 将可控电抗器直流控 制绕组的漏感作为电流型逆变器的直流支撑电感。
{sin [ ( n + 1) Ξt + Υ n ] 2 ( 10) sin [ ( n - 1) Ξt + Υ n ]} 同理可得 I q 及瞬时基波无功电流 iq ( t) = I q sin Ξt。
i= 2
6
∞
从而得到瞬时谐波电流 ih ( t) = ic ( t) - [ ip ( t) + iq ( t) ]
3Ξt ]
( 6)
从式 ( 6) 可知, 当改变 i3 ( 或 Υ d ) 时, 可以改变 i , 即改变了工作绕组的等效电抗。 还可据其计算出三 次谐波电流与基波电流比值为 2 ( 7) # 3 = 1 [ 3 + 12 ( Υ m Υ d) ] 图 3 和图 4 给出了用M a t lab Sim u link 对传统 的并联型直流可控电抗器进行仿真分析时, 注入可 控 电 抗 器 的 电 流 波 形 及 其 快 速 傅 里 叶 ( fa st Fou rier t ran sfo rm , FFT ) 分析结果。 参数设置为: v s = 100 sin ( 2Π× 50 t ) , v dc = 10 V , R = 0. 5 8 , N 1
Abstract: T h is p ap er p resen ts a design of ha rm on ic free direct cu rren t con tro llab le reacto r fo r single p ha se ba sed on cu rren t 2sou rce active pow er filter (A PF ). T he novel con tro llab le reacto r adds ha rm on ic eli m ina tion w indings to A PF to com p en sa te the ha rm on ic com ponen ts of the inp u t cu rren t. . T he fea sib ility of the schem e is verified by si m u la tion ana lysis Key words: direct cu rren t con tro lled reacto r ( DCCR ) ; cu rren t sou rce active pow er filter; ha rm on ic eli m ina tion; pow er ba lance In th is p ap er, the configu ra tion, the w o rk ing p rincip le and the con tro l m ethod of the novel con tro llab le reacto r a re discu ssed.
2U N , Υ 从而可 d , 是由 F 3 所激励的直流磁通。
本文提出的基于电流源型有源滤波器的低谐 波直流可控电抗器的拓扑结构如图 5 所示。 它是在 传统的并联型直流可控电抗器上增加两个谐波补 偿绕组, 这两个谐波补偿绕组串联后连接到电流型 逆变器上, 逆变器产生的补偿电流通过谐波补偿绕 组耦合到可控电抗器的交流输入绕组侧, 使得可控 电抗器的输入谐波降低。 电流型逆变器相对于电压
2
( 1 + co s 2Ξt) +
In

2
sin 2Ξt +
{co s[ ( n + 1) Ξt + Υ n] + 2 ( 9) co s[ ( n - 1) Ξt + Υ n ]}
i= 2
6
∞
式 ( 9) 中相当于直流分量的那一项与 I p 成正比, 采 用截止频率低于 2 倍基波频率的低通滤波器 ( low p a ss filter, L PF ) 可得到 I p 2, 即可得到 I p , 这样就 可求出瞬时基波有功电流 ip ( t) = I p co s Ξt。 将式 ( 8) 两边同乘以 sin Ξt, 有
摘要: 直流可控电抗器是无功补偿的重要装置, 但其本身由于磁化曲线的非线性特性会产生大量谐波。 为改 善其性能, 提出了一种基于电流型有源滤波器的低谐波直流可控电抗器, 其基本结构是在传统的直流可控电 抗器的交流侧增加谐波补偿绕组。 电流型有源滤波器检测出可控电抗器输入电流中的谐波分量, 并产生与此 谐波电流大小相等方向相反的补偿电流, 通过补偿绕组耦合到可控电抗器的输入电流中, 从而使输入电流接 近正弦。 文中讨论了这种低谐波直流可控电抗器的结构、 工作原理及控制原理, 并通过仿真分析进行了验证。 关键词: 直流可控电抗器; 电流型有源滤波器; 谐波抑制; 功率平衡 中图分类号: TM 71 文献标志码: A 文章编号: 100328930 ( 2008) 0120117204
由磁路定理可得 N 1 i1 = F 1 = F R 1 + F 3
N 2 i2 = F 2 = F R 2 F3
( 1) ( 2)
图 4 传统的并联型直流可控电抗器注入电流谐波分析 F ig. 4 Harm on ic spectrum of input curren t of the conven tiona l shun t DCCR
= N 2 = N 3 = 100。 从图 4 可见, 注入可控电抗器的
电流谐波含量很大, 尤其是三次谐波, 总的谐波畸 变 率 ( to ta l ha rm on ic d isto rtion, THD ) 达 到
图 1 传统的并联型直流可控电抗器原理 F ig. 1 Schema tic d iagram of the conven tiona l shun t DCCR
ic ( t) sin Ξt =
图 5 新型低谐波直流可控电抗器结构 F ig. 5 Conf igura tion of the proposed DCCR
Ip
2
sin 2Ξt +
In
Iq
2
( 1 - co s 2Ξt) +
新型低谐波直流可控电抗器主要分为主电路 和控制器两部分。 控制器需检测的量有可控电抗器 的注入电流 i s ( i s 为可控电抗器的注入电流, 而非系 统电流) , 逆变器输出电流 iinv , 直流控制绕组电流 idc 和注入电压 v s。 设 ic 为等效负载电流 ic = i s i inv , 正常工作时, 为使可控电抗器工作在所需要的
式 ( 8) 中正弦信号 sin Ξt 和余弦信号 co s Ξt 可 以由注入电压 v s 经锁相环 (p ha se lock loop , PLL ) 产 生。 若能分离出 I p 和 I q , 则应补偿的谐波电流就 可以得出。 将式 ( 8) 两边同乘以 co s Ξt, 则有
ic ( t) co s Ξt = Ip
作于不同电磁参数的单相可控电抗器并联, 通过控 制使每个并联单元所产生的谐波相互补偿的方法。 笔者提出了一种基于电流型有源滤波器的单 相低谐波直流可控电抗器, 以传统的并联型直流可 控电抗器为改善对象, 对其结构、 工作原理及控制 原理进行了详细分析, 通过理论和仿真研究, 验证 了该方法在谐波抑制方面的有效性。
Novel Harm on ic Free DC Con trollable Reactor
ZHAN G Su 2li, W AN G J ian 2ze, M U X ian 2 m in, J I Yan 2chao ( Schoo l of E lect rica l Eng ineering and A u tom a t ion, H a rb in In st itu te of T echno logy, H a rb in 150001, Ch ina )
41. 91% 。
图 2 给出了传统的并联型直流可控电抗器的 等效磁路, 其中 F 1 和 F 2 分别表示两个交流绕组的 磁动势, F 3 表示直流控制绕组的磁动势, F R 1 和 F R 2 为铁心磁阻的磁动势。
图 3 传统的并联型直流可控电抗器的注入电流波形 F ig. 3 Input curren t waveform of the conven tiona l shun t DCCR 图 2 传统的并联型直流可控电抗器的等效磁路 F ig. 2 Equ iva len t magnetic c ircu it of the conven tiona l shun t DCCR
第 20 卷 第 1 期 电力系统及其自动化学报 Vol . 20 N o. 1 2008 年 2 月 P roceedings of the CSU 2EPSA Feb. 2008
新型低谐波直流可控电抗器
张素丽, 王建赜, 牟宪民, 纪延超
①
( 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 哈尔滨 150001)
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电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 第 20 卷
器主要由两个交流绕组和两个直流控制绕组构成。 传统的并联型直流可控电抗器原理图如图 1 所示。 两个交流绕组 ( 匝数分别为 N 1 和 N 2 ) 并联后连接 到 交流电源 v s 上, 流过的电流分别为 i1 和 i2 , 两个 直流控制绕组 ( 匝数均为N 3 ) 经可调电阻 R 串联后 连接到直流电源 v dc 上, 流过它的电流为 i3 , Υ 1 和 Υ 2 分别为流过两个铁心的磁通。