有源电力滤波器调试

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1 引言

  随着电力电子装置在电力系统、工业、交通以及家庭中的广泛应用,电力系统中的非线性负荷大量增加,使得电网中的电流波形严重畸变,含有大量的谐波电流和无功分量,给电能的生产和传输带来危害,也影响电子设备的应用,造成“电力公害”。有效治理电网谐波、减少能量损耗、实现“绿色能源”是电力电子技术领域十分紧迫和必须面对的问题。

  有源电力滤波器(active power filter, apf)是补偿三相电力系统中谐波和无功功率的重要装置,具有广阔应用前景。它的基本原理是通过控制电力电子变流器,使它向电网中输入与谐波电流和无功电流大小相同、方向相反的电流,从而使三相电源只输出基波有功电流的目的。有源电力滤波器是一个复杂的快速响应电力电子装置,它的主电路由三相六桥臂变流器组成,在工作过程中,需要对主电路直流侧电压和apf输出电流进行控制,并且apf稳定工作受负载和环境的影响较大,这给apf的现场调试带来了较大的难度。本文根据60kva有源电力滤波器的设计和现场调试过程,对有源电力滤波器的调试步骤进行了总结。

2 并联有源电力滤波器系统结构

  图1为并联型有源电力滤波器补偿电网谐波电流时的系统结构图。

  

  图1 并联型有源电力滤波器结构图

  其中,e为电网电源,hpf为高频滤波器,l为apf交流侧电感,c为apf直流侧电容,r为软起动电阻,s为开关,apf主电路为三相变流器,具有图2所示的结构。

  

  图2 apf主电路结构

  当系统上电瞬间,apf直流电容两端电压为零,电网电源e通过apf交流侧电感和变流器给电容充电,这是二极管不控整流过程。为了防止上电瞬间烧毁装置,系统中设计了软起动电阻r,对初始充电电流进行限制,合上开关s后,通过二极管不控整流,电容两端电压约为540v。

3 有源电力滤波器的调试

  在有源电力滤波器中,为了达到消除谐波和无功功率的目的,首先必须先检测出电网中的谐波和无功电流,然后将检测出的谐波和无功电流作为给定参考电流去控制变流器,使apf跟踪谐波和无功电流,消除和补偿三相电源中的谐波和无功电流,这是逆变过程。正常工作时,apf直流侧必须保持一定的恒定电压,但在apf工作过程中,开关器件和电流补偿需要消耗一定的有功能量,会导致直流侧电容电压降低,因此必须控制变流器使电网给电容充电,维持直流侧电压恒定,这是一个整流过程,为避免整流过程产生新的谐波污染,应控制为单位功率因数的整流[4][5]。综上所述,apf工作时包含两个控制环节:直流侧电压控制环和交流侧电流控制环。电压环和电流环均采用pi调节器的60kva有源电力滤波器结构图如图3所示。

  

  图3 apf控制系统结构图

 

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