本文關(guān)鍵詞：港口變電所無功補償和諧波治理的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

武漢理工大學碩士學位論文；圖５－３總迭代過程；５．２諧波動態(tài)補償原理；傳統(tǒng)的諧波抑制方式都是采用Ｌｃ濾波器，其結(jié)構(gòu)簡單；圖５－４中，檢測信號由檢測裝置輸出所得，其主電路；作為主電路的Ｐ刪變流器，在產(chǎn)生補償電流時，主要作；當需要補償負載所產(chǎn)生的諧波電流時，濾波器檢測出補；ｌ，Ｉｌ工＋ｌ‘㈣㈨；㈣圳；伊ｌ工?‘Ｆ＋‘ｎｌｃ；‘一ｌ工＋ｌｃ－‘ｖ伊訓；式中：０一負

武漢理工大學碩士學位論文

圖５－３總迭代過程

５．２諧波動態(tài)補償原理

傳統(tǒng)的諧波抑制方式都是采用Ｌｃ濾波器，其結(jié)構(gòu)簡單，效果很差，并且對于實時變化的諧波，這種濾波方式完全失去了作用，故研究一種新型的動態(tài)補償諧波方式是相當有必要的。圖ｐ４所示的是一種動態(tài)補償諧波的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。圖５－４諧波動態(tài)補償?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

圖５－４中，檢測信號由檢測裝置輸出所得，其主電路主要是Ｐ帳變流器所組成，其基本工作原理是檢測補償對象的電壓和電流經(jīng)指令電流運算電路計算得出補償電流的指令信號，該信號經(jīng)補償電流發(fā)生電路放大，得出補償電流，補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波及無功等電流抵消，最終得到期望的電源電流。

作為主電路的Ｐ刪變流器，在產(chǎn)生補償電流時，主要作為逆變器工作，但它并不僅僅是作為逆變器而工作的，如在電網(wǎng)向有源電力濾波器直流側(cè)貯能元件充電時，它就作為整流器工作。也就是說，它既工作于逆變狀態(tài)，也工作于整流狀態(tài)，且兩種工作狀態(tài)無法嚴格區(qū)分。。

當需要補償負載所產(chǎn)生的諧波電流時，濾波器檢測出補償對象負載電流ｆ，．的諧波分量ｆ。。，將其反極性后作為補償電流的指令信號ｔ，由補償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補償電流ｉｃ即與負載電流中的諧波分量‘。大小相等、方向相反，因而兩者互相抵消，使得電源電流ｆ。中只含基波，不合諧波．這樣就達到了抑制電源電流中諧波的目的．上述原理可用如下的一組公式描述：

ｌ，Ｉｌ工＋ｌ‘㈣㈨

㈣圳

伊ｌ工?‘Ｆ＋‘ｎｌｃ。－－１１．Ｈ圳

‘一ｌ工＋ｌｃ－‘ｖ伊訓

式中：０一負載電流的基波分量?

如果要求濾波器在補償諧波的同時，補償負載的無功功率，則只要在補償電流的指令信號中增加與負載電流的基波無功分量反極性的成分即可。這樣，補償電流與負載電流中的諧波及無功成分相抵消，電源電流等于負載電流的基波有功分量。

５．３有源電力濾波器的工作原理

５．３．１有源電力濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)有源電力濾波器接入電網(wǎng)的方式，可將其分為兩大類，即并聯(lián)型和串

聯(lián)型。兩者又分別包括不同的類型。有源電力濾波器的每一種類型結(jié)構(gòu)各有其特點，因而其工作原理、特性等也就各有其特點。

（１）并聯(lián)型有源電力濾波器

并聯(lián)型有源電力濾波器包括單獨使用的并聯(lián)型有源電力濾波器、與Ｌｃ濾波器混合型有源電力濾波器、注入電路方式有源電力濾波器和與旋轉(zhuǎn)電機并用方式的有源電力濾波器四種。由于Ｌｃ濾波器與有源電力濾波器相比，其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)且成本低，而有源電力濾波器的優(yōu)點是補償性能好．兩者結(jié)合同時使用，既可克服有源電力濾波器容量大、成本高的缺點，又可使整個系統(tǒng)獲得良好的性能。故下面主要介紹與Ｌｃ濾波器混合使用的方式．這種方式的ＰＦ分為與Ｌｃ濾波器并聯(lián)使用和與ＬＣ濾波器串聯(lián)使用兩種類型，如圖５－５所示：

負載負載

電

ＡＰＦ＂

（ａ）與Ｌｃ濾波器并聯(lián)（ｂ）與Ｌｃ濾波器串聯(lián)

圖５＿５與Ｌｃ濾波器混合使用的ＡＰＦ

圖（ａ）中ＡＷ與ＬＪｃ無源濾波器并聯(lián)接入電網(wǎng)，兩者共同承擔補償諧波的任務(wù)。Ｌｃ無源濾波器包含多組單調(diào)諧濾波器及高通濾波器，主要負責補償較高次的諧波，承擔了絕大部分補償任務(wù)。ＡＰＦ的作用是改善整個系統(tǒng)的性能其所需容量與單獨使用時相比大大降低。理論上，凡使用Ｌｃ濾波器的場合均存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的可能，因此在這種并聯(lián)使用方式中，需要對ＡＰＦ進行有效的控制來抑制可能發(fā)生的諧振。

圖（ｂ）為ＡＰＦ與ＬＣ無源濾波器串聯(lián)使用的方式，這種方式的諧波與無功電流主要由ＬＣ濾波器補償，而ＡＰＦ用來改善Ｌｃ濾波器的濾波特性：克服Ｌｃ濾波器易受電網(wǎng)阻抗影響、易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振等缺點。該方式中，ＡＰＦ不承受５０

交流電源的基波電壓，因而裝置的容量�。捎冢粒校排cＬｃ濾波器一起仍是與負載并聯(lián)接入電網(wǎng)，故仍將其歸入并聯(lián)型。

（２）串聯(lián)型有源電力濾波器

串聯(lián)型ＡＰＦ是通過一個匹配變壓器將ＡＰＥ串聯(lián)于電源與負載之間，它與并聯(lián)型ＡＰＥ不同，主要用來補償可以看作是電壓源的諧波源，比如采用電容濾波的整流電路。針對這種諧波源，串聯(lián)型ＡＰＦ輸出補償電壓，以抵消由負載產(chǎn)生的諧波電壓，使供電點的電壓波形成為正弦波。串聯(lián)型ＡＰＥ與并聯(lián)型ＡＰＦ可以看作是對偶關(guān)系。串聯(lián)型ＡＰＦ包括單獨使用方式和與Ｌｃ濾波器混合使用方式，如圖５－６所示：

負載負載

（ａ）單獨使用（ｂ）與Ｌｃ濾波器混合使用

圖５－６串聯(lián)型ＡＰＦ

圖５－６Ｃａ）為單獨使用的串聯(lián)型ＡＰＦ．由于串聯(lián)型ＡＰＦ損耗較大，各種保護電路也比較復雜，所以很少單獨使用，多數(shù)情況下是與Ｌｃ無源濾波器混合使用，如圖５—６（ｂ）。這種方式是在負載和Ｌｃ無源濾波器與電網(wǎng)電源之間串入ＡＰＦ，諧波基本上由Ｌｃ無源濾波器補償，而ＡＰＥ只是為了改善Ｌｃ無源濾波器的濾波性能而設(shè)置的�？梢园眩粒校瓶醋魇且粋�可變阻抗，它對基波的阻抗為零，對諧波呈現(xiàn)出高阻抗，迫使諧波電流不流入電網(wǎng)，而流入Ｌｃ濾波器。這樣，ＡＰＥ起到了諧波隔離器的作用，可以抑制電網(wǎng)阻抗對Ｌｃ無源濾波器的影響，避免了電網(wǎng)與Ｌｃ無源濾波器之間發(fā)生諧振的可能，從而極大地改善了Ｌｃ無源濾波器的性能。

５．３．２有源電力濾波器的主電路

有源電力濾波器在實際應(yīng)用中往往要求容量較大，如采用單個ＰＷｌ４交流器不能達到容量要求時，通常采用多重化的主電路形式。下面分別介紹：

（１）單個ＡＰＥ主電路形式

圖５－７Ｃａ）所示的電壓型ＡＰＦ直流側(cè)接有大電容，正常工作時其電壓基本不變，可看作電壓源，但為保持直流側(cè)電壓不變，需對該電壓進行控制；如果把圖中大電容換成一個大電感，則變?yōu)榱穗娏餍停粒校�，如圖５－７（ｂ）所示。正常工作時其電流基本不變，可看作電流源，但為保持直流側(cè)電流不變，需對直流側(cè)電流進行控制。電壓型ＡＰＦ交流側(cè)輸出電壓為Ｐ刪方波；電流型ＡＰＦ交流測輸出電流為Ｐ刪方波�！�

（ａ）（ｂ）

圖５－７單個ＡＰＦ主電路形式

電壓型ＡＰＥ效率高，初期投資少，可任意并聯(lián)擴容，易于單機小型化，適用于電網(wǎng)級諧波補償，而電流型ＡＰＦ不會因主電路開關(guān)器件的直通而發(fā)生短路故障，但其直流側(cè)大電感上始終有電流流過，而電流又會在電感的內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的損耗，因此目前使用較少。

（２）多重疊加主電路形式

當應(yīng)用單個ＡＰＦ不能滿足容量需要時，可采用多重化的主電路形式。多重疊加主電路形式可以擴充ＡＰＦ的容量，降低單個開關(guān)器件的開關(guān)頻率，提高等效開關(guān)頻率，同時可以減小器件的開關(guān)損耗，改善補償電流的跟蹤特性，提高逆變效率。ＡＰＦ多重疊加主電路有如下三種形式：通過串聯(lián)電抗器進行疊加、通過平衡電抗器進行疊加和通過變壓器的串聯(lián)進行疊加，如圖５—８所示：

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