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　　作為穩(wěn)態(tài)分析的結(jié)果。給出了確定電壓逆變器型有源電力濾波器主要參數(shù)的基本原則。

　　隨著電能變換技術(shù)及設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，對有源電力濾波技術(shù)的研究越來越受到各國電力電子學(xué)界的重視。這主要是因?yàn)椋^大部分電力電子設(shè)備對于電網(wǎng)來說都是不太友好的，它們在從電網(wǎng)中獲取有功功率的同時(shí)，會(huì)向電網(wǎng)注入基波感性無功功率和電流高次調(diào)波，破壞或影響周圍用電設(shè)備的正常工作干擾無線電通訊。

　　從另角度來看。人們發(fā)現(xiàn)。既然半導(dǎo)體開關(guān)電能變換設(shè)備能電網(wǎng)注入1定的屯流高次諧波。

　　那么能否對電能變換器注入電網(wǎng)的電流諧波進(jìn)行控制，并使其與其它負(fù)載注入電網(wǎng)的電流諧波相抵消呢，回答是肯定的。事實(shí)上，電壓逆變器電流逆變器和直接頻率變換器都有可能用于上述目的。

　　但是，由于直接頻率變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且只能用于基波無功功率補(bǔ)同時(shí)還會(huì)向電，注入不可控制收稿日期19970518；修回日期19990914作者簡介張代潤1965，男。教授。有源電力濾波技術(shù)及交有源電力濾波器，七1.1APF的工作特點(diǎn)，既不完全與整流器相同，也有異于逆變器。是種新型的半導(dǎo)體開關(guān)電能變換器。故對它的補(bǔ)償能力和電磁過程的理論研宄有助于加深對它的認(rèn)識(shí)24.本文主要分析電壓逆變器型單相有源電力濾波器的起動(dòng)和穩(wěn)態(tài)時(shí)的電磁過程，1系統(tǒng)主電路與控制原理載系統(tǒng)的主電路，其中，和是需要檢測的量。而在2中給出了有源電力濾波器的控制框?yàn)V波器；380為正弦信號(hào)發(fā)生器，它以1的基波過零點(diǎn)作為觸發(fā)信號(hào)說為直流側(cè)儲(chǔ)能電容器電壓電流基波相對于電壓基波的滯后角的設(shè)定值；灸為反映的平均值對基準(zhǔn)電流信號(hào)的有效值的影響程度的系數(shù)；丹為滯叫相制中的滯環(huán)半寬。

　　負(fù)載電流非有功分量的補(bǔ)償器，即基波無功電流補(bǔ)償器和高次諧波電流濾波器，是因?yàn)樗梢栽谳斎腚娏鳛槿我獠ㄐ蔚臈l件下正常工作，但應(yīng)滿足以下條件，對逆變器的控制是基于對的跟蹤控制。

　　應(yīng)當(dāng)指出，在1的電路中，跟蹤控制對象選為或在原理上是等效的。但在負(fù)載整流器換路時(shí)，和，都有個(gè)換向過程，即此時(shí)負(fù)載電流和補(bǔ)償電流都有較大的山1；而8則非常接近正弦波，換路時(shí)它的山心較小，有利于傳感器的選擇和控制系統(tǒng)對跟蹤控制對象進(jìn)行必要的微分運(yùn)儲(chǔ)能電容器電壓聽大于負(fù)載電壓以的幅代，且叱中的交流成分的幅價(jià)，的平均位之比較小。

　　在理想條件下，由于需要有源電力濾波器補(bǔ)償濾波的只是負(fù)載的非有功功率在個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)，其平均值為零，所以在個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)有源電力濾波器既不綸戲從電網(wǎng)蓯罰有功功率，也不會(huì)向電網(wǎng)輸出有功功率。因而，在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，儲(chǔ)能電容器上的電壓平均值將保持不變。亦即源電力濾波器直流側(cè)將不需要電源供電。這樣，有源電力濾波器與電壓逆變器的根本區(qū)別在于在有源電力濾波器的直流側(cè)只有儲(chǔ)能電容器，而不需要直流電源；有源電力濾波器與橋式整流器也有區(qū)別，前者的直流側(cè)灃無有效負(fù)載。

　　然而，在實(shí)際情況下，由于在有源電力濾波器將放電以彌補(bǔ)損耗。使，的，均值趨于減小。為7維持儲(chǔ)能電容器電壓平均值基本不變，需要從電網(wǎng)獲取應(yīng)的有功功率以抵消屯路的損耗。這可以通過儲(chǔ)能電容器電壓平均值在電網(wǎng)電流基準(zhǔn)信號(hào)有效值中的負(fù)反饋來得以實(shí)現(xiàn)。這樣，化中就會(huì)含有有功電流的成分。該有功電流成分的大小，決定于有源電力濾波器的損耗的大小。而有源電力濾波器損耗的大小又決定于補(bǔ)償電流開關(guān)頻率磁滯回線半寬付儲(chǔ)能電容器電壓的平均值濾波電感等因素。

　　由2可知，電網(wǎng)電流8的基準(zhǔn)信號(hào)可為山式1可知，當(dāng)1此時(shí)，的效值墻小于給定值故從電力系統(tǒng)輸入的有功功率將下降，從而使認(rèn)減小；反之，當(dāng)認(rèn)隊(duì)，時(shí)，則控制系統(tǒng)會(huì)動(dòng)使認(rèn)增加山此達(dá)到維持，基本不變的目的。

　　站淮巧號(hào)勾丈際的電網(wǎng)電流相比憂其差值被送進(jìn)磁滯比較器以確定開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)序。由于，心因而有源電力濾波器始終能控制濾波電感上的電流的增與減，從而獲得所需要的波形。

　　2儲(chǔ)能電容器的充電過程分析在電壓逆變器型有源電力濾波器中，由于反向極管的存在，要對儲(chǔ)能電容器，諧淶紓，炔，需要專用的充電設(shè)備，也不需要對有源電力濾波器進(jìn)行特殊的控制，充電過程就可自動(dòng)完成。

　　在3中給出了儲(chǔ)能電容器充電過程0，94的理論分析結(jié)果，其中是儲(chǔ)能電容器未充電時(shí)的基準(zhǔn)電流信號(hào)，且6電容器充電過程Fig.

　　①有源屯力濾波器的在電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)電壓為正弦，即=隊(duì)8時(shí)，電流為方波，其值為幾且滯后于1角度有源電力濾波器在化過零時(shí)并入電網(wǎng)與負(fù)載的系統(tǒng)，且儲(chǔ)能電容器的初始電壓為零；基準(zhǔn)電流信號(hào)的初始相角為零即，=不考慮有源電力濾波器中的損耗。

　　由式2可以給出實(shí)際上，只要使給定值，盡量接近，值即可，并不要求計(jì)算出有功功率戶的準(zhǔn)確值下面詳細(xì)分析儲(chǔ)能電界器的初始充電過程，在此時(shí)段內(nèi)，由于，根據(jù)電壓逆變器型有源電力濾波器跟蹤控制的原理主開關(guān)元件丁7丁8的控制極上會(huì)有開通信號(hào)。又因?yàn)檫?，且此0，故實(shí)際導(dǎo)通的是，5丁7和了8，6，即開多成兩條短路通道，電流不通過儲(chǔ)能電容器。該時(shí)段的等效電路為流經(jīng)濾波電感以及回路的總等效電肌再到電源此的回路即有考慮到般情況下，存在幾1吐的關(guān)系，式3由于01不大，式4可改寫為揠其中0=時(shí)。

　　該狀態(tài)維持到時(shí)刻01.即當(dāng)?shù)扔?片時(shí)。因?yàn)橄鄬τ诔潆婋娏鬏^小，可以不計(jì)，艮口至扣等于如時(shí)為止。由色1紀(jì)+，即MOp=f，WLH如十6因此，心娜得，滓呢厲艦，潘，魏搬釀干關(guān)兀件，不可能導(dǎo)通；而此時(shí)主開關(guān)元件7718則己被關(guān)祈，閃此王該時(shí)段里導(dǎo)通的有極管5.屯流通過儲(chǔ)能電容器并向它充電。在本時(shí)段有如下方程其中為經(jīng)過的所有元件的等效電阻之和。

　　解方程并考慮到在01時(shí)的初始條件可得和仍可由式⑶和式來分別描述只站這是，和都在下降。在94時(shí)刻，有=好在04時(shí)刻，有源電力濾波器完成對儲(chǔ)能電容器0的充電過程，并自動(dòng)進(jìn)入對3的跟蹤控制工作方式3穩(wěn)態(tài)電磁過程分析而1可山式7求，當(dāng)=葉。即9其中02可由下列方程求得類似于儲(chǔ)能電容器充電過程的分析，在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析前，作如1假設(shè)+考慮有源屯力濾波器線路和元件的損耗；負(fù)載電流虼為方波且滯后于隊(duì)角度心如③負(fù)載的瞬時(shí)非有功功率被完全補(bǔ)償；④電網(wǎng)電壓為正弦。

　　在這種情況下，電網(wǎng)電流基準(zhǔn)值應(yīng)為。x4.n因而，有源電力濾波器的基準(zhǔn)補(bǔ)償電流應(yīng)為其中為整數(shù)。這樣或的大值應(yīng)為在該時(shí)段里，雖然主開關(guān)元件。心的控制極有開通信號(hào)，且有此1的關(guān)系得到滿足，然而因?yàn)榇藭r(shí)即，故導(dǎo)通的仍然只有極管，5化并繼續(xù)向儲(chǔ)能電容器，淶紜T詬，時(shí)段財(cái)和仍分別由式8和式7描述。

　　在時(shí)刻，即負(fù)載換路時(shí)，將3有個(gè)向上的躍升不考慮電網(wǎng)等效感抗的影響。

　　在03時(shí)刻，有=虼，即由式可求得03.此時(shí)此達(dá)到大值，即電流成和，成。4所小，以中的波形中沒有繪出因主開關(guān)元件開通和關(guān)斷所引起的開關(guān)頻率的諧波。進(jìn)入有源電力濾波器包括濾波電抗器的瞬時(shí)功率為其中71為整數(shù)。該功率的大值為12功率凡的波形4，0.由式17并考慮到0=謬時(shí)有價(jià)9能量曲線耽和他已繪于4中。

　　存儲(chǔ)在直流側(cè)儲(chǔ)能電容器中的能量的增量該能量的大值為而存儲(chǔ)在濾波電感器的能1的從之值為等式即有其中沙舊+為在0=謬，刻存儲(chǔ)在濾波電感中的能量；在這時(shí)刻，存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電容器，械哪芑1為小但零。根據(jù)式19.2和24在4中繪出了電容器0存儲(chǔ)能量的變化線4其5面分析有源電力濾波器各主要參數(shù)間的關(guān)系，例如主開關(guān)元件的開關(guān)頻率大儲(chǔ)能電容器的電容值，濾波電抗器的電感值等參數(shù)間的關(guān)，有源電力濾波器交流側(cè)的分析用等效電路包括電1！1電1〃1.逆變器輸出脈沖電〃；及濾波電感。4與叱之間由如下關(guān)系其。不3主，又元件1；或極管5導(dǎo)通時(shí)；而則另對主開關(guān)元件乃了8或極管，708導(dǎo)通時(shí)。由2磁滯控制方法，由。尺上升到，+片允為磁滯比較器回線牟寬需要時(shí)間1當(dāng)紀(jì)又從。+片降到。，并考慮到隊(duì)乃隊(duì)時(shí)，需要時(shí)間2因此，有源電力濾波器主開關(guān)元件的開關(guān)頻率為應(yīng)當(dāng)指出，在計(jì)算大時(shí)沒有考慮如和處在時(shí)段和內(nèi)的變化而是取其在或上開始時(shí)刻的值作為該時(shí)段內(nèi)的值。由此引起的誤差并不大，因?yàn)檫h(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)頻率50出和儲(chǔ)能電容器電變化頻率出圯4由式27而當(dāng)此的值大時(shí)，開關(guān)頻率小其中隊(duì)為叱的平均值。這樣開關(guān)頻率的平均值7，為7的給定極限值。

　　5面分祈各系數(shù)之間的關(guān)系，由于儲(chǔ)能電容器存儲(chǔ)能啁的大變化值么化可為代入隊(duì)的達(dá)式可得，咖山此可。心它要；認(rèn)隊(duì)及有關(guān)，路期間有較大變化。所以在式27中未考慮，變由式35和3叱的波動(dòng)系數(shù)可為化對。；的影響如必要。也可以在的兌中考慮這對素了解有源電力濾波器主開關(guān)元件和反向極管中的電流波形對于確定這些元件的負(fù)載情況和額定功率是必要的。事實(shí)上，每個(gè)開關(guān)元件包拈主開關(guān)元件和反向極管在個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)，只在相應(yīng)的半個(gè)周期時(shí)段內(nèi)不連續(xù)地導(dǎo)通，因而通過它們的電流是脈沖電流。因此在個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)單元件的導(dǎo)通時(shí)間總和般小于半個(gè)周期。

　　這點(diǎn)在選擇開關(guān)元件參數(shù)時(shí)應(yīng)予考慮。

　　4有源電力濾波器主要參數(shù)的確定另外，由2的控制原則，負(fù)載有功功率有如下達(dá)式這里的負(fù)載有功電流的有效值的準(zhǔn)確數(shù)值，與前面給定值的意義不同。由此可得當(dāng)戶凡，即心，時(shí)，7為正值；反之，則為負(fù)值。這樣，由式32和37可知，7與，互為反號(hào)，且有如下關(guān)系為了確定化原電力濾波器的參數(shù)。特4入如性能指標(biāo)及其定義①隊(duì)波動(dòng)系數(shù)E，的平均值，而認(rèn)和認(rèn)，則分別為的大值和小值；5為的給定極限值。

　　②階平均值貨化系數(shù)t，=1叱變化后的平均值，如有源電力濾波器的損耗隨在選擇諸能電界器電容和擰制系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，除應(yīng)考慮參數(shù)和7外，還應(yīng)考慮到控制系統(tǒng)響應(yīng)滯后帶來的影響。這影響在接入或切除與非線性負(fù)載并聯(lián)的其它負(fù)載時(shí)尤為明顯。在這種情況下，除了上述個(gè)參數(shù)外，還應(yīng)，加負(fù)載變化速率系數(shù)以限制負(fù)載功率的快速變化④負(fù)載變化速率系數(shù)s，尸響應(yīng)時(shí)間化內(nèi)負(fù)載功率的變化您心為變化后負(fù)載功率從開始變化，直到控制系統(tǒng)作出著溫度而變化等，為的給定極限值。

　　③負(fù)伐變化系數(shù)y反應(yīng)的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載能量需求的增量可正可負(fù)13儲(chǔ)能電容器來提供，即以上時(shí)，的符號(hào)，+反之取由式40可得由叱平均值變化系數(shù)的定義，可得以上分析對論的基礎(chǔ)1作如下總結(jié)濾波電抗器在穩(wěn)態(tài)1的大電流為廠式16在必要的怙況還必須考慮充電過程中的大電流！式9和大瞬時(shí)功率，處02的影響。大小的選擇決定于以下因素，可能的大變化率應(yīng)大于負(fù)載電流的變化速率，例如在非線性負(fù)載換路，應(yīng)滿足，乃隊(duì)，1古有源電力濾波器主開關(guān)元件的大開關(guān)頻率火，式28應(yīng)低于開關(guān)元件的高允許1作頻中通過主開關(guān)兀件的大電流為1.在必要時(shí)還應(yīng)考慮充電過程中的電流值，氏2的影響。主開關(guān)元件上的反向電壓值不大，因?yàn)樗扔诜聪驑O矜的止⑷玉降。

　　極管的大反向壓降為大正向電流為在必要，應(yīng)考慮大充屯電流心1的景；響。極竹的許⑴，作頻率應(yīng)尚于九儲(chǔ)能電容器的高電壓為隊(duì)，通過電容器的大電流為或1儲(chǔ)能電容器的電容值決定于以下因素的容許波動(dòng)系數(shù)，0負(fù)載功，的容許變化速率系數(shù)，〃平均值除此之外，控制系統(tǒng)中的隊(duì)0值及系數(shù)灸也對儲(chǔ)能電容的選擇有著重要的影響。試降低系數(shù)叫和提高系數(shù)，必然要求增大儲(chǔ)能電容器5結(jié)論儲(chǔ)能電容器的充電過程及有源電力濾波器的穩(wěn)定工作狀態(tài)。給出了與有源電力濾波器性能密切相關(guān)的幾個(gè)參數(shù)的定義。并導(dǎo)出了它們的相關(guān)系，對于有源電力濾波器的研，和設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

　　張代潤。種有淞電；逆變器式濾波器的新控制法編輯楊蓓