有源電力濾波器設(shè)計和應(yīng)用中的問題與對策

有源電力濾波器設(shè)計和應(yīng)用中的問題與對策第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日供用電系統(tǒng)諧波……軋鋼機電弧爐中頻爐

電焊機電機

變頻傳動軌道交通先進照明計算機

充電機家用電器高壓

直流輸電第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日諧波的危害

干擾其他電氣、電子設(shè)備，使之發(fā)生故障，甚至引起電網(wǎng)局部諧振，設(shè)備損毀；造成額外電能損耗，引起設(shè)備過熱，甚至燒毀。第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日有源濾波器無源濾波器無功補償?shù)妊b置++混合型并聯(lián)型串聯(lián)型第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日準確快速穩(wěn)定的檢測與控制方法減小有源裝置容量以降低造價系統(tǒng)層面問題準確性、快速性

不滿足要求穩(wěn)定性不滿足要求諧波源波形濾波后波形第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日有源電力濾波器造價隨容量增加而急劇上升準確快速穩(wěn)定的檢測與控制方法減小有源裝置容量以降低造價系統(tǒng)層面問題價格昂貴的全控型電力半導(dǎo)體器件

第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日優(yōu)化配置穩(wěn)定控制準確快速穩(wěn)定的檢測與控制方法減小有源裝置容量以降低造價系統(tǒng)層面問題？第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日系統(tǒng)層面問題的起因補償特性由有源濾波器、負載、電網(wǎng)以及可能的無源濾波器共同決定第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日負載特性對系統(tǒng)的影響與對策常規(guī)的、基于有源濾波器本身的認識常見問題：1）所需有源濾波器容量大于原有測量值2）安裝有源濾波器后負荷側(cè)諧波電流反而增大了第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日負載特性對系統(tǒng)的影響與對策更準確的、考慮負載特性的模型第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日并聯(lián)型有源電力濾波器應(yīng)用的一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并入式混合濾波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析

混合系統(tǒng)中有源電力濾波器諧波電流檢測共有以下幾種方法：檢測負載側(cè)A點諧波電流控制方法；檢測無源濾波器補償后B點諧波電流控制方法；檢測電網(wǎng)側(cè)C點諧波電流控制方法；第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日并入式混合型并聯(lián)濾波器單相等效電路圖只有有源只有無源混合濾波系統(tǒng)僅考慮負載諧波源時單相諧波等效電路圖

并入式混合濾波系統(tǒng)一般的控制方法第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日并入式混合濾波系統(tǒng)一般的控制方法諧波全部補償控制方法的原理及其存在的問題

有源電力濾波器檢測負載全部諧波電流，輸出補償負載全部諧波。幅頻特性電網(wǎng)諧波電流分量：無源濾波器諧波電流分量：幅頻特性當(dāng)GA=1時，有源電力濾波器補償全部負載諧波，無源濾波器只補償了基波無功。

第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日并入式混合濾波系統(tǒng)一般的控制方法比較項目APF5次諧波APF7次諧波5次無源7次無源GA=0.539A22A37A23AGA=177A46A3.2A1.6A諧波分次補償1A2.3A72A45A有源濾波器補償所有諧波的仿真結(jié)果（GA=1）

有源濾波器補償部分諧波的仿真結(jié)果（GA=0.5）

有源濾波器不補償5、7次諧波的仿真結(jié)果第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日抑制諧振作用的分析只考慮負載電流諧波ωS為電網(wǎng)基波角頻率

ωt為無源濾波器調(diào)諧角頻率

只考慮負載電流諧波的情況混合濾波系統(tǒng)控制系統(tǒng)框圖：有源電力濾波器對并聯(lián)諧振有抑制作用

第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日抑制諧振作用的分析幅頻特性有源電力濾波器對串聯(lián)諧振無抑制作用

只考慮電網(wǎng)電壓畸變的情況第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日抑制諧振作用的分析有源濾波器抑制并聯(lián)諧振仿真波形第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日抑制諧振作用的分析有源濾波器抑制串聯(lián)諧振仿真波形第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日電流檢測點位于A點對并聯(lián)諧振抑制情況分析（補償前）抑制諧振作用的分析僅投入非線性負載時的實驗波形非線性負載和無功補償電容器均投入后的實驗波形第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日抑制諧振作用的分析檢測A點電流控制策略

電流檢測點位于A點對并聯(lián)諧振抑制情況分析（補償后）第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日電流檢測點位于A點對串聯(lián)諧振抑制情況分析（補償前）抑制諧振作用的分析僅投入非線性負載時的實驗波形非線性負載和無功補償電容器均投入后的實驗波形第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日抑制諧振作用的分析電流檢測點位于A點對串聯(lián)諧振抑制情況分析（補償后）檢測A點電流控制策略第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日一般控制方法下系統(tǒng)問題總結(jié)并入式混合型并聯(lián)濾波系統(tǒng)采用檢測負載諧波電流的控制方法主要有以下特點：

對有源濾波器、無源濾波器的容量優(yōu)化配置要求對有源濾波器的補償系數(shù)和所分擔(dān)諧波成分精心設(shè)計。有源電力濾波器改善無源濾波器的補償效果，對無源濾波器和電網(wǎng)并聯(lián)諧振有一定的抑制作用。有源電力濾波器不能抑制電網(wǎng)中由電網(wǎng)電壓畸變產(chǎn)生的諧波電流以及無源濾波器和電網(wǎng)的串聯(lián)諧振。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析（B點）只考慮負載電流諧波

有源電力濾波器檢測無源濾波器后電流各次頻率的諧波成分，輸出諧波補償電流為：只考慮負載電流諧波的情況第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日幅頻特性不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析（B點）電網(wǎng)的諧波電流分量：無源濾波器諧波電流分量：幅頻特性第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析（B點）補償系數(shù)電網(wǎng)5次諧波負載5次諧波無源5次諧波有源5次諧波GA=0.83.8A77A73A5AGA=10A76A5A72A補償系數(shù)取0.8時補償效果仿真波形

補償系數(shù)取1時補償效果仿真波形

混合濾波系統(tǒng)對負載諧波電流補償特性的仿真結(jié)果

第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析（B點）補償系數(shù)電網(wǎng)4.5次諧波負載4.5次諧波無源4.5次諧波有源4.5次諧波GA=0132A15A132A0AGA=0.84.7A16A4.9A16AGA=11A17A1A14A混合濾波器抑制并聯(lián)諧振仿真波形補償系數(shù)取0.8時有源濾波器抑制并聯(lián)諧振仿真波形補償系數(shù)取1時有源濾波器抑制并聯(lián)諧振仿真波形

第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析（B點）只考慮電網(wǎng)電壓畸變的情況無源濾波器諧波電流分量：電網(wǎng)諧波電流分量：第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析（B點）混合濾波器抑制串聯(lián)諧振仿真波形補償系數(shù)電網(wǎng)4.8次負載4.8次無源4.8次有源4.8次GA=0.85.7A8.4A228A230A補償系數(shù)電網(wǎng)4.5次負載4.5次無源4.5次有源4.5次GA=0243A24A245A0AGA=0.88A5A3.8A35A補償系數(shù)取0.8有源濾波器抑制串聯(lián)諧振仿真有源濾波器和無源濾波器諧振仿真第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日電流檢測點位于B點對并聯(lián)諧振抑制情況分析（補償前）不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析（B點）僅投入非線性負載時的實驗波形非線性負載和無功補償電容器均投入后的實驗波形第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日不同檢測點對系統(tǒng)特性的影響分析（B點）傳統(tǒng)的只檢測B點電流控制策略

電流檢測點位于B點對并聯(lián)諧振抑制情況分析（補償后）第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日不同檢測點對系統(tǒng)特性影響總結(jié)（B點）

并入式混合型并聯(lián)濾波器采用檢測無源濾波器后諧波電流的控制方法主要有以下特點：混合濾波器可以補償電網(wǎng)中由負載產(chǎn)生的諧波電流，但補償系數(shù)取值接近1時，無源濾波器補償?shù)恼{(diào)諧頻率諧波電流較少，有源濾波器的容量沒有有效減小。有源電力濾波器對無源濾波器和電網(wǎng)之間的并聯(lián)諧振有抑制作用。有源電力濾波器可以抑制由電網(wǎng)電壓畸變產(chǎn)生的無源濾波器與電網(wǎng)之間的串聯(lián)諧振。當(dāng)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變時，采用該控制方法，有源電力濾波器和無源濾波器之間存在著諧振的可能。第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日基于電網(wǎng)電壓Ush和A點電流檢測的PAPF復(fù)合控制方法基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法檢測電網(wǎng)電壓Ush和B點電流的復(fù)合控制方法系統(tǒng)特性分析

第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖

由圖中不同曲線對應(yīng)的相位裕量可以看出，采用檢測B點電流控制方法時，隨著電壓通道補償系數(shù)的增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來越好；隨著電容值的變化，系統(tǒng)沒有出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法檢測電網(wǎng)電壓和B點電流的復(fù)合控制方法系統(tǒng)特性分析

第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖

基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法檢測電網(wǎng)電壓和B點電流的復(fù)合控制方法系統(tǒng)特性分析

當(dāng)電流檢測點位于B點時，給PAPF并聯(lián)電阻后，可以使原來不穩(wěn)定的系統(tǒng)變得穩(wěn)定，同時有良好的補償效果。

第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法電流檢測點位于B——并聯(lián)諧振只檢測B點電流控制方法

檢測電網(wǎng)電壓和B點電流控制方法

采用只檢測B點電流控制方法時，系統(tǒng)不穩(wěn)定；采用檢測電網(wǎng)電壓和B點電流的復(fù)合控制方法可以很好的抑制系統(tǒng)并聯(lián)諧振。第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法電流檢測點位于B——串聯(lián)諧振

采用只檢測B點電流控制方法時，系統(tǒng)不穩(wěn)定；采用檢測電網(wǎng)電壓和B點電流的復(fù)合控制方法可以抑制串聯(lián)諧振。第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日電流檢測點位于B點對并聯(lián)諧振抑制情況分析（補償前）基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法僅投入非線性負載時的實驗波形非線性負載和無功補償電容器均投入后的實驗波形第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法檢測電網(wǎng)電壓和B點負載電流控制策略只檢測B點電流控制策略電流檢測點位于B點對并聯(lián)諧振抑制情況分析（補償后）第四十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日電流檢測點位于B點對串聯(lián)諧振抑制情況分析基于網(wǎng)壓Ush和B點電流檢測的復(fù)合控制方法非線性負載和無功補償電容器均投入，補償前實驗波形檢測電網(wǎng)電壓和B點負載電流控制策略，補償后實驗波形第四十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日綜合考慮有源、無源及電網(wǎng)特性的系統(tǒng)層面問題檢測A點電流控制方法：系統(tǒng)屬于開環(huán)控制，不存在穩(wěn)定性問題，可以有效補償電網(wǎng)中由負載產(chǎn)生的諧波電流。實際系統(tǒng)中，由于電容器安裝組數(shù)較多，且位置分散靈活，A點的電流很難通過檢測得到，該方法應(yīng)用受限。檢測B點電流控制方法：系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制，當(dāng)PAPF補償所有次諧波時，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，補償系統(tǒng)存在著穩(wěn)定性和補償效果之間的矛盾。當(dāng)PAPF采用指定次諧波補償控制策略時，如果能避開系統(tǒng)不穩(wěn)定頻段