基于统一数学模型的三相四线并联有源电力滤波器的性能分析_图文

1、 第7期 乐 健等： 基于统一数学模型的三相四线并联有源电力滤波器的性能分析 THD 28 14 0 0 0.08 0.16 m=0 m=1 113 析结论没有影响，仿真中取空载。 m=1 时，根据式(17有 当 k=5 时，对应拓扑结构的 A, B, C 桥臂输出 能力为 rc=0.875，根据图 11 中(a：C 桥臂中点对系 统中线电压最大值为 524.645V， 与直流电压的比值 为 0.8744，理论值与根据仿真结果计算得到的比值 基本相同，验证了式(17的正确性。 当 k=1 时，对应拓扑结构的 A, B, C 桥臂输出 能力为 rc=0.75，根据图 11 中(b：C 桥臂中点对

2、系 统中线电压最大值为 449.955V， 与直流电压的比值 为 0.7499，理论值与根据仿真结果计算得到的比值 基本相同，也验证了式(15的正确性。 对比图 11 中(a和(b可以看到：m=1 时，C 桥 臂的输出能力是随 k 的增大而增大的，从而验证了 上述结论 3 中的前一部分结论。 m=0 时，根据式(16有 当 k=5 时，对应拓扑结构的 A, B, C 桥臂输出 能力为 rc=0.5625，根据图 12 中(a：C 桥臂中点对 系统中线电压最大值为 336.106V， 与直流电压的比 值为 0.5602，理论值与根据仿真结果计算得到的比 值基本相同，验证了式(16的正确性。 当

3、k=1 时，对应拓扑结构的 A, B, C 桥臂输出 能力为 rc=0.625，根据图 12(b：C 桥臂中点对系统 中线电压最大值为 375.059V， 与直流电压的比值为 0.6251，理论值与根据仿真结果计算得到的比值基 本相同，也验证了式(16的正确性。 对比图 12(a和(b可以看到： m=0 时， C 桥臂的 输出能力是随 k 的增大而减小的，从而验证了上述 结论 3 中的后一部分结论。 采用表 1 中参数进行仿真计算时。图 13 为 2 种拓扑结构的 C 桥臂输出电流与参考电流波形，图 14 为系统 C 相电流的THD 变化。 表 1 仿真计算参数 Tab. 1 Simulati

4、on parameters 系统及 APF 参数 LS=5mH LN =5mH i/A 75 25 120 0.380 m=1 时桥臂输出电流 0.24 0.32 t/s 图 14 系统 C 相电流 THD 值变化 Fig. 14 THD of phase C source current 从图 13 中可以看到，并联 APF 投入后，m=0 对应的拓扑结构的 C 桥臂输出电流在某些时间段内 已无法跟踪参考电流值， 而 m=1 对应的拓扑结构的 C 桥臂输出电流能够良好地跟踪参考电流；从图 14 中可以看到，并联 APF 投入后， m=0 对应的拓扑结 构系统 C 相电流的THD 值大于 15

5、%，而 m=1 对应 的拓扑结构系统 C 相电流的THD 值小于 5%，表明 m 越大时对应拓扑结构的 A, B, C 桥臂输出能力越 大，补偿能力越强，从而验证了上述结论 1。 图 15 为两种拓扑结构的 N 桥臂输出电流与参 考电流波形，图 16 为系统中线电流有效值的变化。 i/A 90 30 150 0.380 m=1 时桥臂输出电流 m=0 时桥臂输出电流 桥臂输出电流参考值 0.388 0.392 t /s 图 15 N 桥臂输出电流 Fig. 15 output current of leg-N i/A 112 56 0 0.080 m=1 m=0 0.208 0.336 t/s

6、 Fig. 16 图 16 系统中线电流有效值 RMS values of the source neutral current A相 Ra=20 负载参数 B相 C相 Rc=10 ，Llc =3mH， Rb=20 Rlc=6 ，Clc=2200F 桥臂输出电流参考值 m=0 时桥臂输出电流 0.388 0.392 t /s 图 13 C 桥臂输出电流 Fig. 13 output current of leg-C 目前还没有一个明确的数量指标对系统中线电 流的补偿效果进行衡量，通常是使得补偿后系统中 线电流越小越好。因此可用系统中线电流有效值的 大小来衡量补偿效果，该有效值越接近于 0 时补

7、偿 效果越好。 从图 15 中可以看到，并联 APF 投入后， m=0 对应的拓扑结构的 N 桥臂输出电流在某些时间段内 无法跟踪参考电流值， 而 m=1 对应的拓扑结构 N 桥 臂输出电流能够良好地跟踪参考电流； 从图 16 中可 以看到，并联 APF 投入后， m=0 对应的拓扑结构 系统中线电流的有效值大于 10A， 而 m=1 对应的拓 扑结构系统中线电流的有效值小于 3A，表明 m 越 大时对应拓扑结构的 N 桥臂输出能力越大，对中线 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 114 中 国 电 机 工 程 学 报 loadsC Proce

8、edings Conference and of the Applied Power 第 27 卷 Electronics 电流的补偿能力越强，从而验证了上述结论 2。 Exposition，Dallax，TX，1995 5 结论 8 戴宁怡，黄民 聪，唐净 ，等新 型三维空 间矢量脉宽调制在三 相四 线系统中的应用J电力系统自动化，2003，27(17：45-49 Dai Ningyi，Huang Mincong， Tang Jing，et alA novel 3-dimensional space vector modulation for 3-phase 4-wire systemJAu

9、tomation of Electric Power Systems ，2003，27(17：45-49(in Chinese 9 孙驰，毕增军 ，魏光辉 一种新颖的三相 四桥臂逆 变器解耦控制的 建模与仿真J中国电机工程学报，2004，24(1：124-130 Sun Chi， Bi Zengjun， Wei GuanghuiModeling and simulation of a three-phase four-leg inverter based on a novel decoupled control techniqueJ Proceedings of the CSEE ， 2004

10、 ， 24(1： 124-130(in Chinese 10 卓放，王跃，何益宏，等全数字化控制实现的三相四线制有源电 力滤波器J电工电能新技术，2001， 20(3：1-4 Zhuo Fang， Wang Yue， He Yihong， et al Active power filtercontrolled by high-speed data processing chip for three-phase four-wire systemJ Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy，2001， 20(3：1-4(in

11、Chinese 11 阮新波， 严仰光 四桥臂三相逆变器的控制策略J 电工技术学报， 2005，15(1：61-64 Ruan Xin bo; Yan Yang guangThe control strategy for three-phase inverter with four bridge legsJTransaction of china electro technical society ，2005，15(1：61-64(in Chinese 12 万山明，吴芳，黄声华 三相四桥臂电压源高频链逆变器 J中 国电机工程学报，2005，25(12：47-51 Wan Shanming，W

12、u Fang， Huang ShenghuaThree phase four-leg voltage source high frequency link inverterJ Proceedings of the CSEE ，2005，25(12：47-51(in Chinese 13 卓放，杨君，胡军飞，等三相四线制有源电力滤波器主电路的结 构形式与控制J电工电能新技术，2000， 19(2：1-6 Zhuo Fang，Yang Jun， Hu Junfei，et alMain circuit structure and control of active power filter for

13、three-phase foue-wire systemJ Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy，2000， 19(2：1-6(in Chinese 14 A kagi HNew trends in active filters for power conditioningJIEEE Transon Ind Appl1996，32(6：1312-1322 15 毛恒春，侯振程，李再华有源电力滤波器的研究J中国电机工 程学报，1991，11(3：75-80 Mao Hengchun， Hou Zhencheng，Li Z

14、aihuaA study of active power filterJ Proceedings Chinese 收稿日期：2006-09-27。 作者简介： 乐 健(1975，男，博士研究生 ，主要从 事配电系统电能质 量控 制技术研究，lejo1； 姜齐荣(1969，男，副教授，主要从事柔 性输电技术与电能 质量 控制技术研究、电力系统稳定控制研究； 韩英铎(1938，男，教授 ，中国工程院院士，主要 从事电力 系统 稳定分析与控制、柔性输电技术与电能质量控制技术研究。 of the CSEE ， 1991 ， 11(3 ： 75-80(in 本文提出了三相四线并联 APF 统一的主电路

15、拓扑结构，通常的三桥臂电容中分拓扑和四桥臂拓 扑都是该拓扑结构的一个特例。该拓扑结构将三桥 臂电容中分拓扑和四桥臂拓扑在结构上的差异转换 为直流侧电容比值的差异，从而为建立统一的数学 模型提供了基础。 本文建立了三相四线并联 APF 统一的数学模 型以及衡量并联 APF 性能的指标体系， 包括各桥臂 的输出能力以及并联 APF 整体的输出能力。 在此基 础上，得出了参数 m，电感比值 k 对并联 APF 性能 影响的一般规律，并对各种拓扑结构进行了定量的 比较。通过对具体电路的仿真计算验证了本文理论 推导和分析结论的正确性。 本文所建立的三相四线并联 APF 统一的数学 模型以及所得结论为分析

16、与改进三相四线并联 APF 主电路的拓扑结构、设计控制策略、进行装置参数 的优化设计等提供了较好的理论基础。 参考文献 1 陈国柱， 吕征宇， 钱照明 有源电力滤波器的一般原理及应用J 中 国电机工程学报，2000，20(9：17-21 Chen Guozhu， Liu Zhengyu， Qian Zhaoming The of 2 active filter and its CSEE，2000，20(9：17-21(in Chinese Lin C E ， Chen C L ， Huang L Calculating implementation system of the using 19

17、92 for active filters in synchronous International detection approach and unbalanced three-phase general principle of the applicationJ Proceedings methodC Proceedings Conference，San Diego，CA,1992 3 钱挺，吕征宇 ，胡进， 等基于 单周控制的有源滤波器双环控制策 略J中国电机工程学报，2003，23(3，34-37 Qian Ting，Lu Zhengyu，Hu Jin，et alDual-loop

18、scheme for unified constant-frequency integration control of active power filter JProceedings of the CSEE，2003，23(3，34-37(in Chinese 4 周林，蒋建文，周雒维，等基于单周控制的三相四线制有源电力 滤波器J中国电机工程学报，2003，23(3，85-88 Zhou Lin，Jiang Jianwen，Zhou Luowei，et alThree four-wire active power filter with one Proceedings of the 大学，2003 6 Aredes M， Hafner J， Heumann K Three phase four wire shunt active filter control strategiesJIEEE TransOn Power