电力新技术论文电力技术论文：有源电力滤波器并网技术地研究.doc

电力新技术论文电力技术论文： 有源电力滤波器并网技术的研究 摘要:针对有源电力滤波器并网中可能出现的稳定时间长、电流冲击大以及直流侧的电压波动大等问题,首先设计了并联混合有源电力滤波器(shunt hybrid active power filter, SHAPF)装置,然后在Matlab7·1Simulink6·3中进行了仿真,并对并网时电源电流、变换器输出的补偿电流和直流侧电容电压波形进行了观察,确认问题存在的同时对电流冲击、电压波动产生的原因进行了分析,提出采用在电压过零时合上开关、在无源滤波器与电网之间串联1个电阻以及采用电流递增的方法解决问题,最后通过仿真验证了方法的正确性,电流冲击及电压波动都能得到较好的抑制。 关键词：有源电力滤波器电压波动电流冲击　　 随着电力电子装置的广泛使用,电力系统的谐波和不对称问题日益严重,必须对其进行抑制和补偿。谐波抑制和无功补偿的一个重要趋势是采用有源电力滤波器[1]。有源电力滤波器作为改善电能质量的一项新技术,在工业发达国家得到高度重视和日益广泛的应用。在我国,三相大功率并联型有源电力滤波器还处于研究和实验阶段,至今仍未有正式产品应用于工业实际。随着有源滤波器研究的深入,有源滤波器的并网技术成为有源滤波器实用化的关键之一。 在有源电力滤波器并网技术的研究中,电路趋于稳定所需要的时间、并网时可能产生的电流冲击、直流侧的电压波动等都是需要研究的对象。若有源电力滤波器从并网到稳定的时间过长,则会影响滤波器的滤波效果;若电流冲击过大,导致电网电流也会产生较大的冲击;直流的电压波动若超出允许的范围,对功率器件的安全会造成威胁。所以,有源电力滤波器并网技术的研究对保证有源电力滤波器安全平稳启动并顺利投入工作非常有必要。 并联混合有源电力滤波器电路的参数设计及仿真 为建立合理的仿真模型,得到较为真实有效的仿真结果,为样机研制和试验打下基础,需要合理设计并联混合有源电力滤波器(shunt hybridactive power filter, SHAPF)中的各种电路参数。并联混合有源电力滤波装置的结构如图1所示, 主要包括无源滤波器组、逆变器输出滤波器和逆变电路,其中,由于该设计额定电压等级较低,取消了耦合变压器。这几部分的设计决定了滤波器的容量和效果,是整个设计工作的主要部分。 本文设计的滤波器规格为:输入380V三相电压,补偿谐波电流额定值15A。　 在Matlab7·1Simulink6·3中进行仿真,其中主电路结构如图2所示。 接入点三相电压为380V,频率为50Hz,短路容量为500kVA,系统电阻Rs和系统电感Ls分别为0·03Ω、0·92mH。且0·04s时投入有源滤波器。 负载为感容滤波的三相不可控整流电路,负载容量50kW,电阻R1、R2均为12Ω,电感L2、电容C2分别为1mH、50μF,在0s时投入R1,在0·6s时投入R2,以观察系统的动态响应性能,如图3所示。 无源滤波器组如图4所示。其中5次单调谐滤波器电感L5、电容C5和电阻R5分别取6·77mH、60μF和0·530Ω;7次单调谐滤波器电感L7、电容C7和电阻R7分别取3·48mH、60μF和0·383Ω;高通滤波器电感Lh、电容Ch和电阻Rh分别取1mH、100μF和3·2Ω。 逆变电路及其控制环路结构如图5所示。Lf、Cf和Rf分别为0·1mH、20μF和4Ω,直流侧采用2个10mF电容并联。　 谐波电流控制环路系数Kc取0·09,直流侧电压控制系数KP取0·02,直流侧电压参考值设为450V。在有源电力滤波器接入电网时,直流侧电容通过逆变桥中与主开关器件反并联的二极管充电,并采用相应控制,使直流侧电压未达到450V前,不输出PWM信号;当达到450V后,逆变桥开始正常工作。 仿真中并网时所出现的问题 为研究并网时所出现的问题,现以并网时的电源电流、变换器输出的补偿电流、直流侧电容电压波形为研究对象。图6至图8分别为SHAPF仿真所得到的并网时直流侧电容电压波形、电源三相电流波形与变换器输出的三相补偿电流波形。 SHAPF仿真中,在0·05s时将有源电力滤波器并入电网,直流侧电容通过逆变桥中与主开关器件反并联的二极管充电,并采用相应控制,使直流侧电压未达到450V前,不输出PWM信号;当达到450V后,逆变桥开始正常工作。从图6可以看出,0·18s时,电压达到了450V,逆变器开始正常工作,即电容器的充电时间约为0·13s,变压器开始稳定工作的时间约为0·24s,即有源电力滤波器从并入电网的瞬间到可以稳定工作的时间为0·19s。0·05~0·18s时,电容器在充电,直流侧的电压呈上升趋势,当上升到450V时,逆变桥开始工作。此时,直流侧电容电压并非一直维持在450V,而是产生了电压波动,仿真