消除单桥路静止无功发生器谐波的仿真.pdf

第21卷第4期 广东工业大学学报 V01．21No．4 2OO4年 12月 JournalofCamn=gdongUniversityofTechnology December20D_4 消除单桥路静止无功发生器谐波的仿真 许智升，陈少华，程汉湘 (广东工业大学 自动化学院，广东广州51O090) 摘要：先进的单桥路静止无功发生器(AsVG)存在的最大问题是自身输出的电流含有很大的谐波．通 过对ASVG典型负载的仿真分析，提出了改进措施，并分析了原因，得出了改进后的仿真波形，极大 地减少了系统的电流电压谐波含量，证明了该方法的可行性、经济和简易．文中还阐述了ASVG的硬 件构成和数学推导过程、控制系统等． 关键词：先进静止无功发生器；谐波；有源滤波 中图分类号：TM761 文献标识码iA 文章编号：1007-7162(2004)04-0009-07 随着电力电子半导体技术的飞速进步，由此产生的各次谐波，已成为电力系统中最主要的 谐波源．电力电子装置中，整流装置所占的比重最大，目前的整流装置几乎均采用可关断晶体管 (GTO)整流或晶闸管相控整流电路．近年来，随着逆变器、斩波器、开关电源、不间断电源等的不 断出现。此类负载引起的谐波问题开始受到重视．另外值得一提的是电视机、个人电脑和荧光灯 之类的家用电器设备，这些设备虽然单个的功率很小，但由于数量很大，由此对电网所造成的谐 波污染问题也不容忽视． 为了改善系统输出电流电压波形，抑制电力系统中的谐波，从20世纪80年代以来，一种新 型的静止型无功补偿和谐波抑制装置出现了，这就是所谓的先进静止无功发生器(ASVG)，现已 成为电力系统柔性交流传输系统(FAc )中的一个重要发展方向．美国、日本及德国等发达国 家已拥有此类装置，并且取得了很好的实用效果．我国对ASVG的研究虽然相对滞后，但也取得 了较为明显的成绩．1999年3月清华大学与河南电力局共同研制的±20MWASVG在河南电力 局成功投入运行；2001年2月国家电力公司电力自动化研究院也将±500kW的静止无功发生 器投入了运行．这些表明，我国在静止无功发生器的研制方面已取得了很大的进步． ASVG是由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿和谐波抑制的装置，在进 行基波无功补偿的同时，可以消除开关频率．厂s以下的高次谐波，具有连续调节、调节范围广、响 应速度快、控制精度高、运行可靠、谐波含量少等优点，在采取多重化、多电平或PWM技术等措 施后可大大减少补偿电流中谐波的含量． 但另一方面，由于ASVG的非线性元件如IGBT、GTO和IGCT等在输入控制脉冲调制调制 (PWM)的作用下，产生了大量谐波，从而导致输出电压和电流产生严重畸变的结果，这也是困扰 单桥路ASVG实用化的最大问题．在硬件结构上，传统的单桥路ASVG主要采用三相桥式拓扑结 构，但这种电路结构所产生的电网电压电流与理想的正弦波相差很远，而且其支撑电压也易受 收稿日期i2003—10-21 基金项目：2O02年省科技厅攻关资助项目(2002C1020103，粤财企[2002]254号) 作者简介：作者简介：许智升(1974-)，男，在读研究生，主要研究方向为SVG技术 10 广东工业大学学报 第21卷 到系统负荷电流谐波和无功变化所带来的影响，剧烈变动时使控制系统产生较大波动，甚至越 过稳定极限点．为了ASGV在控制过程中能有效消除谐波，另一方面又能保证此控制过程的稳 定性．本文拟从单桥路ASVG电路结构和原理的角度出发，采用电源等效设计的方法，通过改进 ASVG电路的结构，从而达到消除输出电流谐波，使其波形接近标准的正弦波．在控制策略上，采 用了电压内嵌式的方法对单桥路ASVG主电路进行控制． 1单桥路ASVG逆变器的硬件结构和控制方法 1．1ASVG主电路的硬件结构 在单相电路中，与基波无功功率有关的能量是在电源和负载之间来回地往返，但是在平衡 的三相电路中，无论负载的功率因数如何，三相瞬时功率之和都是等于三相总的有功功率，而各 相的无功功率是