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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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使用先进系列有源电力滤波器提高电能质量

Manoj siva kumar1, P.Rayalakshmi2
  1. 卡瓦利PBRVITS EEE系副教授，SPSR Nellore, a.p.，印度
  2. 理工硕士，EEE系，PBRVITS，卡瓦利，SPSR内洛尔，a.p.，印度
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文介绍了与电能质量有关的各种问题。对电力质量的兴趣是在电力工程中一些更广泛的发展背景下解释的，如电力行业的放松管制，客户需求的增加。详细讨论了电压下降和谐波失真这两种电能质量干扰。介绍了并联型、混合型和先进串联型有源电力滤波器的补偿特性和工作原理。在MATLAB/SIMULINK环境下对先进串联有源电力滤波器的性能进行了研究。

关键字
电能质量，电压跌落，电压膨胀，系列有源滤波器，有源滤波器。

介绍
电能质量现象包括供电电压波形(电压质量)或负载电流波形(电流质量)在额定频率偏离正弦波形的所有可能情况，其幅值对应于三相系统[1]的所有三相的额定均方根值。首先，电压下降和中断，主要是由电力系统故障引起的。这些干扰可能会引起“敏感”电子设备的跳闸，在工业工厂中，关键设备的跳闸可能会导致整个生产的中断和高昂的成本。其次，由于低质量的电流所引出的负载[8]。在本例中，是负载干扰了源[2]。谐波和不平衡电流最终都会导致失真[3]。补偿装置用于有源滤波;负载均衡，功率因数校正，电压调节[4]。
本文指出，供电电压的任何扰动都会导致电气设备故障，降低效率，甚至导致设备完全停机。为了克服这些问题，研制了系列有源电力滤波器。

电能质量
电能质量问题被定义为“任何表现为电压、电流或频率偏差的事件，导致最终使用设备的损坏、损坏、故障或故障”。电能质量(PQ)问题可以从以下几种症状之一检测到，具体取决于所涉及的问题类型，例如灯闪烁、频繁停电、敏感设备频繁掉线、通信干扰以及过热元件和设备[2]。传统上，无源滤波器被用来消除谐波问题。该滤波器由电感和电容[10]等常用器件组成。
缓解电能质量问题有两种方法。第一种方法被称为负荷调节，它确保设备对电源干扰不那么敏感，即使在显著的电压畸变[5]下也可以运行。另一种解决方案是安装线路调节系统，以抑制或抵消电力系统干扰。

串联型有源电力滤波器的建模
串联有源滤波器将电压分量与电源电压串联注入，因此可视为可控电压源，补偿负载侧[4]的电压起伏。
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该方案的主要优点是串联有源滤波器的额定功率是负载KVA额定值的一小部分，通常为5%。但是，当电压补偿[6]时，串联有源电力滤波器的视在额定功率可能会增加。串联有源电力滤波器的主要功能是保护敏感负载免受电源电压下降、膨胀和谐波的影响。
3.1串联滤波器控制方案
提出了一种简单的控制串联和并联滤波器[8]的算法。串联滤波器经过控制，注入电压(Vca,Vcb,Vcc)，抵消了电源电压(Vsa,Vsb,Vsc)中存在的扭曲和/或不平衡，从而使PCC (Vla,Vlb,Vlc)上的电压完美平衡，并具有所需振幅的正弦。串联AF的控制策略如图3.2所示。
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3.2参考电压的产生和HVC
由于电源电压不平衡或扭曲，锁相环(PLL)被用来实现与电源的同步。该锁相环将失真的输入电压转换为纯三相正弦电源，每个相的RMS值等于基波的RMS值(1p.u)。锁相环的同相正弦和余弦输出用于计算同相供应，1200个位移的三个单位矢量(ua,ub,uc)，使用eqn.(3.1)作为
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计算得到的三个同相单位矢量与PCC相电压的期望峰值(V* lm)相乘，即为三相参考PCC电压为
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滞环控制器产生开关信号，使PCC处的电压变为所需的正弦参考电压[10]。因此，串联变压器上通过纹波滤波器注入的电压抵消了供电电压中的谐波和不平衡。

先进系列有源电力滤波器
采用先进的串联有源滤波器对源侧电压跌落、电压膨胀和谐波畸变等干扰进行补偿。在这种配置中，滤波器与补偿线路串联连接。因此，这种配置通常被称为高级串联有源滤波器。
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图4.1显示了源电压，其中额定1p.u电压从0到0.1秒产生，0.8 p.u电压从0.1到0.15秒下降，1 p.u电压从0.15到0.2秒上升，1.2 p.u从0.2到0.25秒膨胀，0.8 p.u从0.25到0.4秒下降，1 p.u电压从0.4到0.5秒。A相0 ~ 0.2秒发生L- g故障，负载R=10 Ω， L=1mH，三相二极管整流桥，功率因数(p.f) 0.894滞后感性负载(有功功率=1000W，无功功率= 500W)。高级系列有源电力滤波器的数据见表4.1。时，各三相电压见表。4.2和A阶段故障，如表4.3所示。
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A、B、C三相源电压如下所示。
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图4.3显示了各相注入补偿电压以抵消系统中存在的源侧扰动。该方法通过注入变压器将电压与线路串联注入以消除源侧电压扰动，从而使负载侧电压为正弦信号。最后消除源侧电压扰动，得到无波纹源电压
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图4.3显示了各相注入补偿电压以抵消系统中存在的源侧扰动。该方法通过注入变压器将电压与线路串联注入以消除源侧电压扰动，从而使负载侧电压为正弦信号。最后消除源侧电压扰动，得到无波纹源电压
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由于上述电压通过注入变压器与线路串联注入，负载电压呈正弦，如图4.4所示
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有源滤波器能够补偿谐波而不考虑基频无功功率。这意味着对于相同的非线性负载，有源滤波器的额定功率可以小于可征服的无源滤波器，并且不会引入系统谐振，将谐波问题从一个频率转移到另一个频率，并获得无纹波的线路电压。源电压的总谐波失真为3.52%，负载电压的总谐波失真为1.09%，如图4.5和图4.6所示。
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有关谐波谱的信息，由非线性负载产生，并与其他系统变量信息一起提供给参考电流/电压估计器。来自电流估计器的参考信号，以及其他信号，驱动整个系统控制器。在A相输入侧以凹陷、膨胀、LG故障形式中断的情况下模拟了SAPF，并对源电压和负载电压进行FFT分析，分析了SAPF的性能。最后抑制谐波幅值。

结论及未来范围
采用基于滞环控制器的串联有源电力滤波器对非线性负载进行谐波和电压畸变补偿。对电力系统中出现的异常故障如L-G和L-L故障进行了扩展模拟。仿真结果表明，串联有源滤波器具有补偿输入源侧电压跌落、膨胀和谐波的能力。负载电压的THD低于5%，即施加的谐波限制。基于串联有源滤波器的磁滞控制器的性能可以通过模糊控制器得到改善。

参考文献










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