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  • 有源電力濾波器在大功率變頻器供電電網(wǎng)中的應(yīng)用知識(shí)
    • 發(fā)布時(shí)間:2020-07-16 18:03:41
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    有源電力濾波器在大功率變頻器供電電網(wǎng)中的應(yīng)用知識(shí)
    0 引言
    近年來(lái),由于變頻調(diào)速和節(jié)能的需要,變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、機(jī)械、工業(yè)、生活等各個(gè)領(lǐng)域。由于變頻器中要進(jìn)行大功率二極管整流、大功率IGBT逆變,結(jié)果是在輸入輸出電路產(chǎn)生電流高次諧波,干擾供電系統(tǒng)、負(fù)載及其它鄰近電氣設(shè)備。隨著大功率變頻器的大量使用,其產(chǎn)生的諧波污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重。
    1 變頻器諧波的產(chǎn)生機(jī)理及危害
    要探討變頻器的諧波產(chǎn)生機(jī)理,首先要了解變頻器的工作原理,從結(jié)構(gòu)上,變頻器有間接變頻器和直接變頻器之分。間接變頻器將工頻電流通過(guò)整流器變成直流,然后再經(jīng)過(guò)逆變器將直流變換成可控頻率的交流。而直接變頻器是將工頻電流直接變換成可控頻率的交流,沒(méi)有中間的直流環(huán)節(jié)。直接變頻器的每相都是一個(gè)兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆電路。正反兩組按一定周期相互切換,在負(fù)荷上就獲得了交變輸出的電壓Uo,Uo 的幅值決定于各整流裝置的整流相數(shù)和移相角。
    電力濾波器
    目前應(yīng)用較多的還是間接變頻器。間接變頻器有3 種不同的結(jié)構(gòu)方式:
    (1)用可控整流器變壓,用逆變器變頻,調(diào)壓和調(diào)頻分別是在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行,兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合;
    (2)用不控整流器整流斬波器變壓,用逆變器變頻,這種變頻器整流環(huán)節(jié)用斬波器,用脈寬調(diào)壓;
    (3)用不控整流器整流,用PWM逆變器變頻,這種變頻器采用可控關(guān)斷的全控型器件(如IGBT等),輸出波形才會(huì)非常逼近正弦波。通常變頻器的主電路都選用圖1 所示交-直-交形式,它包括整流AC/DC 輸入和逆變DC/AC 輸出兩部分。
    1.1 輸入部分
    在三相橋式整流電路中,由非線(xiàn)性二極管組成的三相橋式整流橋及其二極管參數(shù)的離散會(huì)引起電壓主波形為正弦波,而電流波形為矩形波,波形可以按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波,通常含有5次、7 次、11 次、13 次等高次諧波。
    1.2 輸出部分
    大部分變頻器采用PWM 或SPWM 調(diào)制的交直流變頻方式,線(xiàn)電壓是正弦脈寬、幅值相等的窄矩形波,其等效后是連續(xù)的矩形波,而三相的相電壓是階梯波,因此,電壓是非線(xiàn)性的,電流接近正
    弦但也含有豐富的諧波。輸出表達(dá)式為
    電力濾波器
    式中:uo為變頻器輸出電壓;
    ud為變頻器直流側(cè)電壓;
    琢為調(diào)制度(0臆琢臆1);
    棕r 為調(diào)制信號(hào)角頻率;
    漬為正弦調(diào)制波的初相角;
    棕r為載波信號(hào)角頻率;
    n 為變頻器輸出諧波次數(shù)。
    式(1)中第一項(xiàng)為輸出波形中的基波分量,即調(diào)制時(shí)所要求的正弦波;第二項(xiàng)是輸出波形中的諧波分量。
    變頻器的電源系統(tǒng)和電力設(shè)備輸出的高壓母線(xiàn)相連接,在這條線(xiàn)路上同時(shí)還存在著電容器、發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等負(fù)載,變頻器產(chǎn)生的高次諧波電流將按各自的阻抗分流到電源系統(tǒng)和并聯(lián)的負(fù)載上,對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備造成不同程度的影響。
    2 諧波的治理
    變頻器給人們帶來(lái)極大的方便、高效率和巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),對(duì)電網(wǎng)注入了大量的諧波,使供電質(zhì)量不斷惡化。另一方面,隨著以計(jì)算機(jī)為代表的大量敏感設(shè)備的普及應(yīng)用,人們對(duì)公用電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求越來(lái)越高。目前諧波與電磁干擾、功率因數(shù)降低已并列為電力系統(tǒng)的三大公害。
    因而消除變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。
    要對(duì)變頻器產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抑制,通常有兩種方案:
    (1)裝設(shè)補(bǔ)償裝置;
    (2)對(duì)接入電網(wǎng)的變頻器進(jìn)行改造以符合相關(guān)規(guī)定。
    對(duì)已有的變頻器進(jìn)行改造,成本較高,而采用補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償則更為合理。裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)方法就是采用LC
    調(diào)協(xié)濾波器。這種方法既可補(bǔ)償諧波,又可補(bǔ)償無(wú)功功率,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,一直被廣泛使用。但是,也存在明顯的缺點(diǎn),就是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響,容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波器過(guò)載甚至燒毀。此外,它只能補(bǔ)
    償固定頻率的諧波,補(bǔ)償效果也不理想。有源電力濾波器是一種用于快速動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置,它能對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償,其應(yīng)用可克服無(wú)源濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償方法的缺點(diǎn),獲得比無(wú)源濾波器更好的補(bǔ)償特性,是一種理想的補(bǔ)償諧波裝置。有源電力濾波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示,主要有指令電流運(yùn)算電路、電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路四個(gè)部分組成。
    電力濾波器
    畸變率高于62豫,5 次電流電流達(dá)到48.4A;變壓器低壓出線(xiàn)畸變也達(dá)15%,非常有必要進(jìn)行諧波治理。
    在上述測(cè)試的兩個(gè)諧波測(cè)
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