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三相四線并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)與工作原理

返回列表來源:領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間:2016-12-13加入收藏關(guān)注:-

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 引言
          并聯(lián)有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波和補償無功的新型電力電子裝置,近年來,有源電力濾波器的理論研究和應(yīng)用均取得了較大的成功。對其主電路(VSI)參數(shù)的設(shè)計也進行了許多探討,但是,目前交流側(cè)濾波電感還沒有十分有效的設(shè)計方法,然而該電感對有源濾波器的補償性能十分關(guān)鍵。本文通過分析有源電力濾波器的交流側(cè)濾波電感對電流補償性能的影響,在滿足一定效率的條件下,探討了該電感的優(yōu)化設(shè)計方法,仿真和實驗初步表明該方法是有效的。

三相四線并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)與工作原理
          圖1為三相四線制并聯(lián)型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)。主電路采用電容中點式的電壓型逆變器。電流跟蹤控制方式采用滯環(huán)控制。

APF結(jié)構(gòu)與原理圖

圖1 三相四線制并聯(lián)型有源濾波器的結(jié)構(gòu)


          以單相控制為例,分析滯環(huán)控制PWM調(diào)制方式實現(xiàn)電流跟蹤的原理。在該控制方式中,指令電流計算電路產(chǎn)生的指令信號ic*與實際的補償電流信號ic進行比較,兩者的偏差作為滯環(huán)比較器的輸入,通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路的PWM的信號,此信號再通過死區(qū)和驅(qū)動控制電路,用于驅(qū)動相應(yīng)橋臂的上、下兩只功率器件,從而實現(xiàn)電流ic的控制。



          以圖2中A相半橋為例分析電路的工作過程。開關(guān)器件S1和S4組成A相的半橋變換器,電容C1和C2為儲能元件。uc1和uc2為相應(yīng)電容上的電壓。為了能使半橋變換器正常跟蹤指令電流,應(yīng)使其電壓uc1和uc2大于輸入電壓的峰值。
          (a)ica>0,dica/dt>0(b)ica>0,dica/dt<0
          (c)ica<0,dica/dt<0(d)ica<0,dica/dt>0
APF結(jié)構(gòu)與原理圖2

圖2 電壓型逆變器A相工作過程圖

 
          當電流ica>0時,若S1關(guān)斷,S4導通,則電流流經(jīng)S4使電容C2放電,如圖2(a)所示,同時,由于uc2大于輸入電壓的峰值,故電流ica增大(dica/dt>0)。對應(yīng)于圖3中的t0~t1時間段。
          當電流增大到ica*+δ時(其中ica*為指令電流,δ為滯環(huán)寬度),在如前所述的滯環(huán)控制方式下,使得電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖2(b),即S4關(guān)斷,電流流經(jīng)S1的反并二極管給電容C1充電,同時電流ica下降(dica/dt<0)。相對應(yīng)于圖3中的t1~t2時間段。
APF結(jié)構(gòu)與原理圖3

圖3 滯環(huán)控制PWM調(diào)制器的工作狀態(tài)

          同樣的道理可以分析ica<0的情況。通過整個電路工作情況分析,得出在滯環(huán)PWM調(diào)制電路的控制下,通過半橋變換器上下橋臂開關(guān)管的開通和關(guān)斷,可使得其產(chǎn)生的電流在一個差帶寬度為2δ的范圍內(nèi)跟蹤指令電流的變化。
          當有源濾波器的主電路采用電容中點式拓撲時,A,B,C三相的滯環(huán)控制脈沖是相對獨立的。其他兩相的工作情況與此相同。



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