諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。公用電網(wǎng)中的諧波源主要是各種電力電子裝置、變壓器、發(fā)電機(jī)、電弧爐等。

　　產(chǎn)生的諧波可使電機(jī)負(fù)荷加重,產(chǎn)生振蕩轉(zhuǎn)矩; 變壓器鐵芯磁滯伸縮產(chǎn)生震動(dòng)噪聲；通信設(shè)備造成干擾；繼電保護(hù)造成錯(cuò)誤動(dòng)作等不利影響，危及工作人員的安全和設(shè)備的工作壽命，故對(duì)電網(wǎng)的諧波治理十分必要。

2 DPC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　針對(duì)用電設(shè)備中主要諧波源對(duì)母線造成的諧波污染問(wèn)題，設(shè)計(jì)的DPC控制系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)將實(shí)時(shí)檢測(cè)母線三相電壓。與電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得到瞬間有功功率 和瞬間無(wú)功功率，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到和，且得出電壓矢量 所處扇區(qū)的信號(hào)。和與參考有功功率給定值 和參考無(wú)功功率給定值 比較后輸入到功率滯環(huán)比較器，由直流電壓外環(huán)設(shè)定， 設(shè)為0實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)校正。功率滯環(huán)比較器輸出的功率偏離信號(hào) 和 通過(guò)開關(guān)表的電壓空間矢量控制（SV PWM）驅(qū)動(dòng) ，的開通與關(guān)斷。

圖1  DPC控制系統(tǒng)

2.1DPC諧波檢測(cè)方法

　　DPC控制系統(tǒng)采用瞬時(shí)無(wú)功理論的 法檢測(cè)諧波。該系統(tǒng)諧波檢測(cè)方法如圖2所示。三相電壓、電流型號(hào)經(jīng) 坐標(biāo)變換，實(shí)時(shí)計(jì)算瞬時(shí)有功功率 和無(wú)功功率 。該方法在計(jì)算 和 過(guò)程中，需用到與a相電網(wǎng)電壓 同相位的正弦型號(hào) 和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào) ，它們由鎖相環(huán)（PLL）可得到，經(jīng)過(guò)高通濾波器（HPF）之后將瞬時(shí)功率的直流分量 和 濾除，剩余量為基波電壓和諧波電流產(chǎn)生成的諧波有功功率 和無(wú)功功率 。其中 和  分為坐標(biāo)軸變換和旋轉(zhuǎn)變換，即

和 由公式（1），（2）求得：

2.2功率滯環(huán)比較器

　　基于坐標(biāo)變換，瞬間有功功率 和瞬間無(wú)功 為正時(shí)向電網(wǎng)吸收能量，為負(fù)時(shí)向電網(wǎng)反饋能量。功率滯環(huán)比較器的輸入信號(hào)為 和 ，輸出開關(guān)信號(hào)為 和 。滯環(huán)比較器帶寬圖如3 所示，帶寬 和 的選取直接影響平均開關(guān)頻率和瞬時(shí)功率的跟蹤能力，即當(dāng)和增大時(shí)，變流器的開關(guān)頻率降低，諧波含量（THD）增加，功率跟蹤能力下降。反之，當(dāng) 和 減小時(shí)，變流器的開關(guān)頻率加大，開關(guān)器件損耗增加，諧波含量（THD）同時(shí)也增加。故需折中考慮工況，帶寬一般為功率的5%。

圖3  滯環(huán)比較器帶寬圖

2.3 直流側(cè)電壓信號(hào)

　　在圖1中，為直流側(cè)電壓 的反饋值，兩者之差經(jīng)PI調(diào)節(jié)后得到 。它將疊加到瞬時(shí)有功功率直流分量上。APF變流器輸出的三相瞬時(shí)功率包含一部分基波有功電流分量，產(chǎn)生的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，從而使直流側(cè)與交流側(cè)之間的進(jìn)行能量交換，并將 調(diào)節(jié)至給定值。

3 DPC電壓空間矢量控制策略

3.1、工作狀態(tài)確定

　　在DPC控制系統(tǒng)中，是通過(guò)對(duì)APF變流器輸出有功和無(wú)功與給定值比較后得到 和 ，選擇適當(dāng)?shù)目臻g電壓矢量實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的直接控制。如表一所示， 和 通過(guò)磁滯環(huán)比較器利用兩個(gè)與非門輸出4種不同電平狀態(tài)信號(hào)，確定工作狀態(tài)。

表1   狀態(tài)

3.2 電壓空間矢量扇區(qū)劃分及開關(guān)表

　　系統(tǒng)空間電壓矢量由6個(gè)非零矢量（ ～ ）和2個(gè)零矢量（ 、 ）組成，它們?cè)诳臻g上相位 弧度，形成首尾銜接的正六邊形，為六拍階梯波逆變器。若再把每個(gè)區(qū)域平分，得到12個(gè)扇區(qū)，為十二拍階梯波逆變器，每個(gè)扇區(qū)為 弧度，較前者更接近圓，輸出控制波形更平滑。公式（4）、（5）劃分扇區(qū)號(hào) ，由 和 確定。扇區(qū)確定后，方可通過(guò)表2的狀態(tài)開關(guān)表控制變流器動(dòng)作。

　　由表2所知，變流器的開關(guān)狀態(tài)為100，110，111,000,011,010,101,001共8種。在實(shí)際系統(tǒng)中，為了提高運(yùn)算速度，可預(yù)先把開關(guān)表程序儲(chǔ)存在控制系統(tǒng)(如數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的DSP)的Flash中，同時(shí)在每次切換開關(guān)狀態(tài)時(shí)，只切換一個(gè)功率開關(guān)器件，以滿足最小的開關(guān)損耗。通過(guò)控制變流器IGBT的開關(guān)與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的諧波抑制和功率補(bǔ)償。

4.仿真實(shí)驗(yàn)

　　按照?qǐng)D1的控制系統(tǒng)框圖，在PSCAD搭建仿真模型，搭建仿真模型對(duì)不同電感值時(shí)的補(bǔ)償電流跟蹤情況進(jìn)行仿真驗(yàn)證。連接電抗L=2mH時(shí)，補(bǔ)償效果最佳。系統(tǒng)參數(shù)為：電源線電壓35kV/50Hz,非線性負(fù)載為三相不可控整流橋帶純阻性負(fù)載，R=100Ω，整流橋進(jìn)線電感L=1mH；直流側(cè)電壓Ud=1000V。

4.1負(fù)載諧波檢測(cè)

圖4-1為未投入DPF時(shí)負(fù)載諧波電流波形。

圖4-1 未投入DPF的諧波電流波形

4.2系統(tǒng)諧波檢測(cè)

圖4.2投入DPF前的35kV系統(tǒng)電流波形

圖4.3投入DPF后的35kV系統(tǒng)電流波形

4.3補(bǔ)償前后35kV側(cè)系統(tǒng)諧波分析

圖4.4補(bǔ)償前后的35kV系統(tǒng)電流諧波分析

5. 結(jié)論

　　本文提出的基于直接功率控制的有源電力濾波系統(tǒng)方法,能有效抑制非線性負(fù)載諧波，提高母線功率因數(shù)。其利用參考瞬時(shí)功率檢測(cè)方法，比利用參考諧波電流檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、快捷，利于硬件電路實(shí)現(xiàn)。而且系統(tǒng)響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)性能好，具有較好的應(yīng)用前景。

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