2022年基波磁通补偿三相有源电力滤波器.docx

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1、精品学习资源基于基波磁通补偿的三相有源电力滤波器摘要：电力电子装置和非线性负载的广泛应用使电力系统产生了大量的谐波；电力系统谐波已经成为 电力系统的一大公害，也是近 10 年来国内外专家和学者普遍关注的问题；文献提出了一种基于变压器基波磁通补偿 FMFC的串联混合型有源电力滤波器，通过检测变压器一次侧的基波电流，并采纳电压型 PWM逆变器产生一个基波补偿电流、将此补偿基波电流注入串联变压器的二次侧，当二次侧注入基波电流和电网电流中的基波成分满意基波补偿条件时，串联变压器对基波出现变压器一次侧漏阻抗，而对谐波出现励磁阻抗；这种有源滤波器仅仅提高了系统对谐波的阻抗，从而迫使谐波电流流入无源滤波器支

2、路、真正起到了谐波隔离作用；关键词：高低压开关柜电源试验箱1 引言电力电子装置和非线性负载的广泛应用使电力系统产生了大量的谐波；电力系统谐波已经成为电力系统的一大公害，也是近10 年来国内外专家和学者普遍关注的问题；文献提出了一种基于变压器基波磁通补偿 FMFC的串联混合型有源电力滤波器，通过检测变压器一次侧的基波电流，并采纳电压型PWM逆变器产生一个基波补偿电流、将此补偿基波电流注入串联变压器的二次侧，当二次侧注入基波电流和电网电流中的基波成分满意基波补偿条件时，串联变压器对基波出现变压器一次侧漏阻抗，而对谐波出现励磁阻抗；这种有源滤波器仅仅提高了系统对谐波的阻抗，从而迫使谐波电流流入无源滤

3、波器支路、真正起到了谐波隔离作用；但文献仅仅是为了验证原理而设计的滤波装置，其容量设计得很小；同时，该文仅就单相系统进行了分析，但是在实际中的谐波源大多为三相结构；因此，文献的滤波装置无法满意实际工程的需要；本文在单相有源电力滤波器基础上研制出一套基于基波磁通补偿的三相滤波系统、分析了其主电路结构、设计了串联变压器及无源滤波器参数，对电流掌握的参数进行了分析运算，现场运行及在武汉高压研究所试验结果说明该三相有源滤波器具有优良的滤波成效，而且在无源到有源之间可平稳过渡；2三相有源滤波器原理结构图 1 为基于基波磁通补偿的三相有源电力滤波器原理结构图；欢迎下载精品学习资源图 1 基于基波磁通补偿的

4、三相有源电力滤波器原理图图 1 中 a， b，c 为 380V 系统电压； Zas，Zbs，Zcs 为系统阻抗； T1， T2， T3 为 3 个独立的单相串联变压器，其一次侧串联在电网和谐波源之间，二次次侧均与3 个独立的电压型逆变器接在一起，3 个逆变器共用一个直流电源Ud来源于 120V 三相沟通电整流 ；三相系统中主要是 5 ， 7， 11 等次谐波， 因此无源滤波器只设立了采纳星形接法的5 次和 7 次支路；滤波源为三相不控整流装置；负载电阻为湖北追日电气设备有限公司特地供应的液态电阻；Ld 和 Cd 用于抑制逆变器产生的高频谐波；整个电流掌握电路和逆变器电路用于产生基波补偿电流；当

5、逆变器显现故障时，为了不影响负载正常运行，可将变压器的二次侧短路，因此图 1 中加入一个接触器用于短路变压器二次测，以爱护逆变器装置；本文的三相电路结构不同于文献中的结构，逆变器和串联变压器完全独立，每相单独成果掌握，主要考虑实际的三相系统中可能有肯定的不对称性，3 个独立的串联变压器之间没有耦台，掌握简洁便利，在实际中可将每相设计成完全一样的模块；3 系统参数设计与仿真依据基波磁通补偿的有源电力滤波器的新原理，考虑图1 三根系统中的一相，变压器一次侧对基波出现很小以致可以忽视的一次侧漏抗，而对谐波出现一次侧励磁阻抗；在低压380V 三相系统中、系统等效内阻抗可以忽视不计；设串联变压器基波励磁

6、阻抗为Zp，当掌握系统满意基波磁通补偿条件时，串联变 压器基本不增加系统的基波阻抗，而对n 次谐波的阻抗 nZp；为了改善系统的滤波成效，串联变压器的励磁阻抗不能太小；而在图3 所示的谐波源中，功率因数一般都很高，因此不需补充无功，故滤波电容器可以设计得小一些；综合考虑串联变压器的励磁阻抗和无源支路，并运用MATLAB进行仿真，当串联变压器的基波励磁阻抗 Zp 取为 6.28 ，无源支路 C5=30 F，L5=13.5mH，C7=20 F，L7=10.35mH 时，加滤波器之前的系统电流和电流波形如图2 所示，而加滤波器之后的系统电压和电流波形如图3 所示；整个系统的滤波成效特别抱负，其功率因

7、数接近于1；欢迎下载精品学习资源串联变压器串联在系统中，如变比为k=W1 /W2，一次侧基波电流为I1 ，就二次侧压降为一次侧的1/k 倍；注入变压器二次侧的基波电流为ki1 ；为了削减逆变器的输出电流，需减小k；考虑各种短路现象，二次侧压降可能会达220/k ，这个沟通电压会通过逆变器的4 个续流二极管构成的整流桥给电容器充电，导致直流母线电压过高，所以1/k 不能太大；综合考虑，取k=W1/W2=1/2,这样串联变压器二次侧电压最高可达 440V ，挑选 1200V 的 IGBT 便可满意要求，二次侧注入的电流只有一次侧基波电流的一半，这样就可减小逆变器的功率；4 掌握系统参数挑选为了满意

8、动态响应快和鲁棒性强的要求，三相系统采纳滞环电流掌握方式，文献详述了滞环电流掌握的原理及开关频率的运算；图 4 为滞环比较器的详细电路及其传输特性；依据电子电路学问，滞环比较器的两个阈值分别为：欢迎下载精品学习资源在滞环电流掌握中，逆变器的实际输出与电流给定信号进行比较；如误差大于滞环宽度 h，就通过转变逆变器中对应的开关器件的开关状态，使实际输出电流减小；反之，如误差小于 -h ，就通过转变逆变器中对应开关器件的开关状态，使实际输出电流增大；但在实际电路中，一般都将给定信号与反馈信号的误差进行放大，然后再与滞环比较器进行比较，其结构如图 5a 所示；依据自动掌握原理可知：加入放大倍数 g 等

9、效于将滞环宽度变为原先的 1/g ，即图 5a 可等效为图 5b ，这样可以达到同样的成效，由于如取相同的输入，就其输出完全一样；要减小滞环宽度，可直接增加放大倍数 g；欢迎下载精品学习资源5 现场测试结果及分析在湖北追日电气设备有限公司的帮助下，本文设计并制作了一套全自动JCBL串联型有源电力滤波装置；设计容量为30kVA，串联变压器的变化为1:2 ，系统电压为380V，开关器件为 FUPEC公司BSM200GB20DN型2 IGBT，无源支路仅由5 次和 7 次调谐 LC 滤波器组成 C5=30 F， L5=13.5mH，C7=20F，L7=10.35mH；整个滤波置掌握面板上只有两个按钮

10、，一个为投入钮，另一为切除钮；当按下投入钮时，第一断开变压器二次用于短路的接触器KM，然后经过一个时间继电延时500ms 后再加上有源逆变器的直流电压 U有源逆变器进入工作状态；当按下切除钮时，有源变器退出工作状态，并用接触器将变压器二次侧短路，负载就可以不受影响地正常工作；将JCBL串联型有源电力滤波装置投入现场运行，采纳 link公司的 DSO2100型数字示波器记录了部分试验波形，并进行了谐波分析；图 6图 8 为不加任何滤波器、只加无源滤波器和同时加无源和有源滤波器等3 种情形下的变压器一次侧电流波形及谐波分析图；欢迎下载精品学习资源图 7 只加无源滤波器时一次侧电流波形及其谐波分析图

11、 9 为从仅加无源滤波器过渡到同时加无源和有源滤波器一次侧的电流波形；欢迎下载精品学习资源图 9 为从仅加无源滤波器过渡到同时加无源和有源滤波器一次侧的电流波形武汉高压讨论所也对该装置进行了现场测，试测试结果如表1 所示；通过分析可知，电流畸变率只有约1.5%，该有源滤波器具有极好的滤波成效，并可在无源到有源之间进行平稳过渡；6 结语本文设计制作了一套全自动三相有源电力滤波装置，当采纳3 个独立的串联变压器和独立的逆变器电路时，基于基波磁通补偿有源电力滤波器的新原理可以胜利地用于三相系统；本文通过 MATLAB的仿真确定了串联变压器和无源滤波器参数，推导了掌握器参数的挑选原就；将仿真和分析结果应用到JCBL 串联型有源电力滤波装置中并投入现场运行；现场测试结果说明：该三相滤波系统可以真正解决低压供电系统的谐波污染，而且在无源到有源之间可以平稳过渡；欢迎下载精品学习资源欢迎下载