三 电力有源滤波器

3.1基本原理描述

3.2控制策略分析首

页三电力有源滤波器下页返回3.1基本原理描述所有的下标“1”表示基波分量，“h”表示谐波分量假定系统电压为理想的正弦波，负载电流iLoad为基波分量iLoad1和谐波分量iLoadh之和，即：电力有源滤波器下页上页返回设下标“p”为有功分量，并定义为直轴分量；下标“q”为无功分量，此即为交轴分量。将基波分量和谐波分量分解后可得：根据有功功率的定义知，总的有功功率：电力有源滤波器下页上页返回对应的无功功率可表示为：模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud电力有源滤波器下页上页返回模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模块1将三相交流变量变为同步旋转的坐标系。直轴电流分量为：交轴电流分量为：电力有源滤波器下页上页返回模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiudDUd=Udset-Ud将直轴电流分量与直流电压取得平衡，反映直流电压调整的和有功电流的表征电流为：电力有源滤波器下页上页返回模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模块2为直流电压比较环节。模块3为PI控制器。用于直流电压的稳定控制电力有源滤波器反映负载基波电流与直流电压的等效电流之和的综合电流为：下页上页返回模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模块4只允许基波分量电流通过。模块5将同步旋转坐标再变为三相同步旋转坐标。电力有源滤波器下页上页返回模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模块6的第一个比较环节将综合电流与负载电流进行比较，其电流之差i*只存在负载的谐波电流与直流电压等效电流，其表达式为：电力有源滤波器下页上页返回模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud模块6的第二个比较环节中将综合电流与补偿电流进行比较。在该比较环节中，补偿电流的符号与该电流的参考方向要对应。电力有源滤波器下页上页返回ms调制波0msmsms20404040402020200-2525-505000iL/Ais/Aicom/A50-50理想情况下，若并接的有源滤波器将其负载谐波进行了完全补偿，即系统输出电流已成为理想的正弦波，则负载电流iL、系统输出电流波形is和滤波器的补偿电流icom如图所示。电力有源滤波器下页上页返回3.2控制策略分析根据电路的基本原理，有源滤波器连接电感中的电流与在它两端所施加的电压应满足下列方程：上式移相后可得：若连接电感工作在非线性区，则应有：电力有源滤波器下页上页返回假定负载电流的谐波得到完全补偿，系统输出电流为理想的正弦波，且节点电压也近似认为是理想的正弦波：PWM的调制波应该满足

的要求当电感工作在饱和区时，PWM调制波根据

进行控制。电力有源滤波器下页上页返回模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud若连接电感工作在线性区，根据假定和右图，负载电流、系统输出电流与有源滤波器的补偿电流之间的关系为：电力有源滤波器下页上页返回ms调制波0msmsms20404040402020200-2525-505000iL/Ais/Aicom/A50-50完整的理想波形如图

所示，调制波与节点电压之间有一个相位差，它与补偿电流和连接电感的大小有关。电力有源滤波器下页上页返回模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud控制方程组为：电力有源滤波器下页上页返回id：节点处输出的有功电流分量，id*

：直流电压的幅值，iud

：来源于直流整定电压Udset与实际反馈电压的比较输出:设节点电压的相角为零，则:K:适当的比例系数电力有源滤波器下页上页返回理想稳态情况下，电流i*的交、直轴谐波分量与负载交、直轴谐波电流分量完全对应，它也是补偿电流应该输出的电流。逆变器等效基波输出电压与负载电流的谐波成分、直流电压支撑负载所需有功功率之间的关系为：K4：相应量纲的比例系数电力有源滤波器下页上页返回理想情况下，PWM的调制信号只剩下对应于直流电压的基波调制分量，输出电压中只含有有功分量。ms调制波0msmsms20404040402020200-2525-505000iL/Ais/Aicom/A50-50电力有源滤波器下页上页返回根据逆变器交直流电量的转化关系得知：M：转换系数d：Ucom与U之间的相位差电力有源滤波器下页上页返回由于直流侧只含有有功电流分量，由此可推得：假设系统工作在完全谐波补偿的理想状态，因此有对式求导后得：一般情况下d较小，可用cosd≈1、sind≈0来简化上式。电力有源滤波器下页上页返回补偿电流有功分量与直流电压相对应：对上式求导后可得：电力有源滤波器下页上页返回考虑到DUd

=Udset

–Ud

和可改写为：…………电力有源滤波器下页上页返回电力有源滤波器模块3模块2模块5模块1模块4模块7iLoad模块6iLoadicom派克变换有源滤波器等效负载线路阻抗波纹过滤器UsDUsUaUdsetdqabcLPFLPFPLLdqabcIdPIPWMDUdis+iqidUd380V50HZUK3K2K1Ucomicom+idiud有源滤波器对负载的基波无功没有补偿作用，仅仅只对谐波的无功有补偿作用。下页上页返回电力有源滤波器方波负载下，电流总畸变率约为28.9%，假设谐波的功率因数角为6倍的基波功率因数角，b分量的补偿电流为：j1：负载基波对应的等效功率因数角若控制系统具有无功补偿的功能，则b分量的补偿电流可近似表示为：下页上页返回电力有源滤波器考虑到式

的控制策略，同时假设系统处于理想补偿条件，即在任何时候都有ih+icom=0，因此有：…………下页上页返回电力有源滤波器通过给定负载方波可求解基波分量及相应