三相三线并联型有源电力滤波器的数字化实现

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第28卷第1期2011年2月

文章编号:1007 2322(2011)01 0028 08

现 代 电 力

ModernElectricPower

Vol 28 No 1

Feb 2011文献标识码:A

三相三线并联型有源电力滤波器的数字化实现

钟筱怡,王志新,姜宪明

1

2

3

(1.上海电力公司市区供电公司,上海 200032;2.上海交通大学电气工程系,上海 200240;

3.北京理工大学电气工程学院,北京 100081)

DigitalImplementationofThree phaseThree wireShuntActivePowerFilter

ZhongXiaoyi,WangZhixin,JiangXianming

1

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3

(1.ShanghaiUrbanPowerSupplyBranch,SMEPC,Shanghai 200032,China;2.Dept.ofElectricEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai 200240,China;3.Dept.ofElectricEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing 100081,China)

摘 要:基于整流桥非线性负载电流分析,给出三相并联型有源电力滤波器的一种新型谐波检测算法。对新型谐波检测算法的原理进行了阐述并给出其实现方法,阐述了谐波检测滤波器的设计方法,分析和研究对负载突变时谐波检测算法对直流母线电压影响机理,指出负载突变时直流母线电压波动的原因。最后,就全谐波检测算法和新型谐波检测算法进行仿真和实验对比研究,结果验证了新型谐波检测算法的可行性和可靠性。

关键词:有源电力滤波器;数字化实现;控制策略;谐波检测;功率平衡

Abstract:Anovelharmoniccurrentdetectionmethodforthree phasethree wireshuntactivepowerfilterisproposedinthispa perbasedontheanalysisonnonlinearcurrentintroducedbyrec tifierbridge.Thentheprincipleoftheharmoniccurrentdetec tionmethodanditsimplementationareillustrated,andthede signmethodofharmoniccurrentdetectionfilterisalsodis cussed.Theinfluenceoftheharmonicdetectionmethodondcbusvoltageisanalyzedandstudiedincaseofabruptloadchange,andthecauseofdcbusvoltagefluctuationisalsogiven.Intheend,harmoniccurrentdetectionmethodandthepro posedmethodarestudiedseparatelythroughexperimentandsimulation,whichverifythefeasibilityandreliabilityoftheno velharmoniccurrentdetectionmethod.

Keywords:activepowerfilter,digitalimplementation,controlstrategies,harmonicdetection,powerbalance

低与系统阻抗发生串并联谐振的危险。使得有源电

力滤波器在提高电能质量、消除电力系统中电压谐波、抑制电压波动、补偿无功和改善电压平衡等方面具有相当大的优势。关于有源电力滤波器的研究主要集中在拓扑结构[1 5]和控制策略[6 11]两方面。

本文基于以TMS320F28335DS为核心的有源电力滤波器控制平台,系统阐述并联型有源电力滤波器数字化实现方法,给出相应的控制策略。对有源电力滤波器实现过程中的关键问题进行仿真实验研究。

1 并联型有源电力滤波器谐波检测算法

1 1 谐波检测算法原理

谐波检测算法直接影响有源电力滤波器的补偿效果。日本学者赤木泰文提出的瞬时有功瞬时无功谐波检测算法

[12]

,以及由此衍生的基于时域的谐

波检测算法,在有源电力滤波器的研究和应用中具有重要意义。

基于基波电压同步参考坐标系的有源电力滤波器谐波检测算法,结构简单、原理清晰,可以检测到负载电流中的所有次谐波。实际应用中仅要求补偿几种特定次谐波,且受有源电力滤波器带宽限制,谐波指令电流中高次谐波的存在会影响有源电力滤波器的控制效果。因此基于分次谐波检测的有源电力滤波器谐波检测算法被提出来。一部分基于分次谐波检测的谐波检测算法[13]具有预置补偿角的特性,可以减少数字系统延时对有源电力滤波器补偿效果的影响。具有预置补偿角的新型谐波检测,0 引 言

有源电力滤波器作为改善电网电能质量的装置,具有高度可控性和快速响应性。在拓扑结构合理、控制策略得当的情况下,有源电力滤波器谐波

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第1期钟筱怡等:三相三线并联型有源电力滤波器的数字化实现

C dq=

29(6)

数字系统延时问题,但算法运算量大,需要采用具

有高运算速度的控制器。

针对分次谐波补偿运算量大的缺点,本文在基于整流桥非线性负载电流分析的基础上给出一种新型分次谐波检测算法。1 2 新型谐波检测算法

电网电压平衡条件下,三相电网电压作用在三相整流桥负载时会使电网电流发生畸变,畸变的电网电流中包含6k 1次谐波。以整流桥加电阻性非线性负载为例,三相静止坐标系下a,b两相负载电流表达式为iLa(t)=I1sin( t)+

n=6k 1

k=1,2

cos sin-sin cosiLd=iLq=

1

[I+2

k=1,2,

(-I6k-1+I6k+1)cos(6k t)]

[(I6k-1+I6k+1)sin(6k t)]2k= 1,2,

(7)

在静止坐标系下,负载电流矢量为基波和各次谐波电流的合成矢量,其中6k+1次谐波电流矢量

的旋转方向与基波电压矢量旋转方向相同,为正序分量;6k-1次谐波电流矢量的旋转方向与基波电压矢量旋转方向相反,为负序分量。若将相邻的正序和负序次谐波电流变换到基波电压同步旋转坐标系下,则可以想象在基波电压同步旋转坐标系下相邻的正序和负序谐波矢量相对于基波电压矢量的旋转角频率均为6k 。非线性负载谐波电流在基波电压同步旋转坐标系下均变为6k次谐波。

由上述分析可知,静止坐标系下相邻的正序和负序谐波电流矢量在基波电压同步旋转坐标系下为旋转角速度相同的谐波电流矢量。则可以在基波电压同步旋转坐标系下设计6k次谐波频率带通滤波器,每一组带通滤波器可以同时提取静止坐标系下的6k 1次两种不同谐波。以同时检测整流桥负载中的5次负序和7次正序谐波为例(如图1所示)。

Insin(n t)

Insinn t- 3n=6k 1

k=1,2

iLb(t)=I1sin t-+3

(1)

式中:I1是基波电流幅值;In为谐波电流幅值。由于iLc=-iLa-iLb,负载电流经过静止坐标变换,可以得到两相静止坐标系下负载电流表达式:

iL =iL =

iLa2

iLa+Lb2

负载电流中基波、谐波正序、谐波负序在静止坐标系下的表达式分别如式(3)、式(4)和式(5)所示。

iL 1=iL 1=-iL h=iL h=-++

(2)

I1sin( t)2

I1cos( t)2

(3)

Insin(n t),n=6k+1,k=1,2 2

Incos(n t),n=6k+1,k=1,2 2

(4)

Insin(n t),n=6k-1,k=1,2 2

Incos(n t),n=6k-1,k=1,2 2

(5)

图1 新型谐波检测算法原理

利用新型谐波检测算法可以实现无功补偿功能,即可以实现单位功率因数控制。以同时检测5、7次谐波以及由负载产生的无功为例,其谐波检测算法原理如图2所示。BPF为中心频率为300Hz的二阶带通滤波器。新型谐波检测算法在补偿无功的同时将带通滤波器的个数减少一半,进一步降低了控制算法计算开销。

本文选用IIR型二阶ButterWorth带通滤波器实现谐波检测。式(8)为带通滤波器频域传递函数。选择品质因数Q=25,则带通滤波器通带宽度为12Hz。对于中心频率300Hz,选择的两个截止频 zi-L h=i-L h=

利用式(6)所示基波电压同步旋转坐标变换,将静止坐标系下基波及其谐波正 …… 此处隐藏：8275字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……