并联型有源电力滤波器的研制

• 作 者: 吴明雷
• 机 构: 山东大学
• 出 处: 山东大学
• 发表日期: 2008年12期
• 关键词: 电力滤波器

非线性负荷和各种换流设备的广泛应用，使得电力系统的谐波污染问题变得十分严重。大功率晶闸管整流传动装置、直流侧含有滤波电容的二极管整流电路、大型炼钢电弧炉和相空电抗型静止无功补偿装置运行时会产生谐波，大量的荧光灯、彩电、个人电脑及办公设备等也是较为严重的谐波源。谐波的存在会对电力系统本身以及通信系统等造成一系列的危害，因此，有效地消除电网中的这些有害电流则成为一个亟待解决的问题。
有源电力滤波器是一种理想的谐波和无功电流发生器，它计算出负载电流所含的谐波成份并产生与之相位相反的电流注入电网，使得电网电流只含有基波成份，达到滤波的目的。由于有源电力滤波器采用全控型器件和实时控制策略，因而能对变化的谐波与无功实施快速补偿。与无源滤波器相比，它还具有补偿特性不受电网阻抗的影响、不产生寄生振荡等优点。随着电力电子器件、计算机、控制技术的发展，有源滤波得到了迅速的发展和实际运用。本文对有源电力滤波器的电路拓扑、工作原理及工作特性进行了深入的研究分析。
目前，有源电力滤波器谐波电流检测主要采用瞬时无功功率理论，但分析表明，这些方法适用的条件是有限的，特别是在电压波形严重畸变的工况下，并不能实现正确的无功与谐波电流补偿。因此，现有的补偿电流检测算法，在电压和电流同时瞬变的类随机性负荷条件下，会产生较大误差。本为基于正交数学变换，综合运用p-q法和ip-iq法，提出了一种有效检测三相电路中基波正序瞬时有功电流的方法，它可通用于任何工况的三相电路(包括三相三线制、三相四线制、电压与电流严重不对称或含有谐波等)，仿真结果表明，可较好地解决电压不对称正弦时强非线性负荷的瞬时无功与谐波电流补偿算法问题。
有源电力滤波器直流侧电容为电压型变流器提供一个稳定的且足够高的直流电压以使全控型器件动作时能向交流侧提供足够的谐波能量，滤波器与电网连接点之间要接入一电感以使电压型有源电力滤波器输出的电压脉冲信号转换成电流信号送入电网。电容和电感的大小不仅直接影响到滤波器的滤波性能，也是构成滤波器造价的主要部分。本文深入讨论了目前滤波器设计中所采用的电容、电感计算方法，具体分析了各种选择策略的适用背景和优缺点。
由于有源电力滤波器中的谐波电流计算，无功功率计算，主电路电力电子器件控制策略等的计算量大，对实时性的要求强，一般的通用CPU和低速DSP难以胜任，因此需采用高速DSP芯片进行控制及计算。综合各方面考虑，本文设计的并联型有源电力滤波器装置采用了SOC DSP芯片TMS320F2810，这样系统的抗干扰性能较好一些。为保证系统的可靠性，采用智能功率模块(IPM模块)来组成主电路系统。IPM模块的输出电流大，耐压高，驱动电流小，基本可以满足要求。试验结果表明，将该装置接入到400V低压线路，可以有效地补偿非线性负载的谐波电流成份，使电源电流接近为正弦波。