基于补偿特性的并联型有源电力滤波器直流侧电压取值分析_百度文

1、：基于补偿特性的并联型有源电力滤波器直流侧电压取值分析赵国鹏，林少伯，韩民晓，（华北电力大学电气与电子工程学院，北京市；新能源电力系统国家重点实验室，华北电力大学，北京市）摘要：并联型有源电力滤波器直流侧电压值直接影响谐波补偿特性，文中分析了直流侧电压的取值对补偿特性的影响。首先，分别在单相和三相系统中，针对典型的晶闸管整流加阻感负载为系统负载的负载电流，通过对等效电路的分析，得出完全补偿谐波时所需的直流侧电压理论最小值；然后，当直流侧电压小于理论最小值时，考虑在正弦脉宽调制方法下，通过仿真曲线，给出了补偿后电源电流总谐波畸变率（）与直流侧电压之间的定量关系，这些曲线为直流侧电压的选择提供了参

2、考。仿真和实验验证了所述直流侧电压值选取方法的正确性。关键词：有源电力滤波器；直流侧电压；谐波特性；补偿特性收稿日期：；修回日期：。中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（）；新能源电力系统国家重点实验室自主研究课题资助项目。引言并联型有源电力滤波器（）作为一种先进的谐波电流补偿器应用广泛。包含一个电压型逆变器，直流电压环控制其直流侧电压为一个恒定值，这个恒定的直流侧电压值对谐波的补偿特性影响很大。要想得到满意的补偿效果，直流侧电压值必须足够高；但是直流侧电压越高，对半导体器件的耐压要求也就越高，同时损耗也越大。在实际应用中，希望尽量降低直流侧电压值。直流侧电压值的选取非常重要，需要详细分析。

3、文献详细分析了直流侧电压对次和次谐波的补偿特性的影响，但对含有多次谐波的系统没有详细分析。针对直流侧电压的近似选择方法，文献选取直流侧电压为（标幺值）；文献提出变流器输出电压必须小于直流侧电压值的一半，电源电压的增加会导致变流器饱和，进入非线性工作区。文献给出了输出电压的矢量图，得出了在空间矢量脉宽调制（）控制方法时最大输出电压矢量，进而可以分析直流侧电压最小值，该方法在实际分析直流侧电压取值问题时非常有用，但需进一步分析直流侧电压低于这个理论最小值时补偿特性与直流侧电压的关系。已有文献对直流侧电压与谐波补偿特性之间的关系缺乏详细的定量分析。本文分析了直流侧电压与谐波补偿特性之间的定量关系，从

4、而给出典型负载下的直流侧电压理论最小值，同时给出当直流侧电压低于这个理论最小值时，补偿后电源电流总谐波畸变率（）与直流侧电压值之间的关系。系统结构及分析方法分种系统结构：单相系统和三相系统。系统结构图分别如图和图所示。其中：为电源电压；（取，）为电源相电压；和为负载电流；和为电源电流；和为输出电流；为直流侧电压 。图单相系统结构框图 图三相系统结构框图第卷第期年月 日在单相等效电路（三相系统中假设三相对称）中，逆变器输出电压如式（）所示：（）式中：为电源电压；为逆变器输出电压；为补偿电流的谐波部分。逆变器最大输出电压（）与直流侧电压的关系如式（）所示：（）式中：单相系统时，三相系统调制时；调制

5、比。直流侧电压取值分析直流侧电压对补偿特性的影响分析分为种情况：一种情况是当完全补偿时的直流侧电压理论最小值分析；另一种情况是直流侧电压在小于理论最小值时补偿后电源电流分析。在图和图中，晶闸管整流加阻感负载作为系统负载；在图中，负载电流波形为方波；在图中，负载电流波形在换相角小于°时等效为梯形波，和分别为相负载电流和输出电流 。图负载电流和输出电流指令（单相系统）（ ）图负载电流和输出电流指令（三相系统）（）单相系统直流侧电压分析当完全补偿电源谐波电流时，对负载电流进行傅里叶分解可得谐波分量，进而得出输出电流指令，如式（）所示：，（）电感两端电压值如式（）所示：，（）当只考虑前次谐波

6、时，前次谐波的有效值可表示为式（）。通过数学软件可求出逆变器输出电压，再根据式（）可得直流侧电压理论最小值，如式（）所示。，）（）（）（）式中：（）为电源电压；为电源电流与电源电压的相位差。设标幺值基准为。为了工程应用方便，引入参数，式（）就可表示为式（）所示的标幺值形式：（）（）由式（）可知，直流侧电压值与电源电压和电流之间的相位差有关，也与输出电流有效值有关。根据式（）可得直流侧电压理论最小值与的关系，如图所示 ，图中给出了典型的相位角下的曲线。利用图可读出直流侧电压理论最小值。曲线转折处是电感两端电压的峰值起主导作用与电源电压起主导作用之间的转折位置。图直流侧电压理论最小值与的关系（单相

7、系统）当直流侧电压小于理论最小值时，调制方法是非线性调制方法，调制波限幅，针对这种情况，进行理论分析较为繁杂，本文利用仿真软件，得出不同直流侧电压下的一组曲线，根据这个曲线可以判断直流侧电压值与补偿特性之间的关系。不同的和有不同的补偿效果（见附录图），本文用一些 典型值来分析问题。可以看出，当直流侧电压降到，（）电源电压峰值以下时，电源电流呈现先变小后变大的趋势，原因是在相同直流侧电压、不同输出电流情况下，调制波的基波部分都达到了限幅值；而随着输出电流的增大，输出的谐波电流和基波电流同时增大，但输出谐波电流与输出基波电流的比值是先减小后增大，因此曲线呈现先变小后变大的趋势。三相系统直流侧电压分

8、析在控制情况下，由图可得在区间内负载电流为：（）（）（）式中：为换相角。在区间内进行傅里叶分解，可得式（）。输出电流与的关系如式（）所示。·（）（），）（）与输出电流有效值有关，即（）（）其中（），） （），）（）设（）的最大值为（），根据的值并利用数学软件可得式（）的值。图给出了（）和的关系，根据图可得（）。图（）和的关系（）直流侧电压值如式（）所示，标幺值形式如式（）所示。（）（）（）（）（）（）当输出谐波电流为时，直流侧电压近似为电源相电压有效值的倍。典型的和值下的直流侧电压理论最小值与的关系见附录图，根据该图可以选择直流侧电压理论最小值。当直流侧电压小于理论最小值时，本文利用

9、仿真软件，得出不同直流侧电压下的一组曲线，见附录图。图中不同的和有着不同的补偿效果，根据这组曲线可以判断直流侧电压值与补偿特性之间的关系。可以看出，当为°时，在电流增大时理论最小值不是近似为，原因是为°时将负载电流波形等效为梯形波有一些误差。仿真和实验为了验证所得的结论，本文进行 了仿真研究。单相系统仿真结果如图所示，负载为二极管整流加阻感负载，逆变器电感为，电源相电压有效值为，输出相电流有效值为，调制比为，应用了三角波调制方法。在图中，当完全补偿前次谐波时，直流侧电压理论最小值为。在仿真中，当直流侧电压为时，补偿后电源电流为（考虑次到次谐波），近似为，仿真验证了所得结论的

10、正确性。图在直流侧电压理论最小值时的补偿结果（单相系统）（）·研制与开发·赵国鹏，等基于补偿特性的并联型有源电力滤波器直流侧电压取值分析图给出了一组仿真结果，仿真结果近似与理论值相等，仿真结果中的电源电流小于。仿真验证了式（）所得结果的正确性，根据式（），如果已知输出电流有效值，则可得直流侧电压理论最小值 。图仿真结果与理论值比较（二极管整流加阻感负载的单相系统）（）为了验证式（），本文进行了仿真研究。在三相系统中，逆变器电感为，电源相电压有效值为，输出电流有效值为，调制比为，应用了三角波比较控制。在图中，换相角°。根据式（），完全补偿时直流侧电压为。仿真结果显示

11、在直流侧电压下，为（考虑次到次谐波），与理论值近似相等，仿真验证了结论。图给出了三相系统仿真值与理论值的比较，仿真值与理论值近似相等 。图在直流侧电压理论最小值时的补偿结果（三相系统）（）·广告 ·图仿真结果与理论值比较（三相系统）（）在图中，当直流侧电压小于理论最小值时，补偿后电源电流实验值与理论值近似相等，由于系统延时和开关频率的影响，实验值与理论值有一些误差，这也说明理论值是理想实验条件下的值，实验值可以很接近这个理论值，本文得出的直流侧电压与补偿特性之间的关系曲线是所能达到的最佳补偿效果 。图直流侧电压与补偿特性的实验和理论比较结语本文分析了直流侧电压与谐波补偿特性

12、之间的定量关系。分别在单相和三相系统中，得出了完全补偿谐波时直流侧电压理论最小值；当直流侧电压小于理论最小值时，利用仿真曲线，得出了补偿后电，（ ）源电流与直流侧电压的关系，这个理论关系曲线是理想实验条件下的值，实际系统的实验值可以很接近这个理论值，这些曲线对有源电力滤波器直流侧电压的选取及所能达到最佳补偿效果的评估具有重要参考价值。附录见本刊网络版（：）。参考文献黎燕，罗安大功率低成本新型混合型有源滤波器设计电力系统自动化，（）：，（）：常亮亮，涂春鸣，罗安，等具有谐波抑制功能的综合电能质量控制系统设计电力系统自动化，（）：，（）：谭甜源，乐健，阮江军基于自适应滤波器的动态谐波电流预测方法电力系统自动化，（）：，（）：王小伟，赵伟，涂春鸣，等双谐振注入式混合有源电力滤波器及控制方法电力系统自动化，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，：，（）：赵国