基于阻尼谐振型LCL滤波电路的无变压器型混合电力滤波器的设计与稳定性的研究

混合滤波器具有谐波滤除率高、补偿容量大、成本低、无谐振风险等优势,是一种性价比高的中高压无功补偿与谐波滤除的方法,可应用于高压、谐波电流含量高、无功负荷大的应用环境中。当高压混合有源滤波器中有耦合变压器时,会造成系统滤波特性降低;去掉耦合变压器,又会带来系统中的高、低压模块间电压匹配不均衡、有源输出开关谐波电压没有被隔离等影响系统稳定性的问题。为此,提出了一种带阻尼谐振型LCL滤波电路的无变压器型混合滤波器的拓扑结构,并基于此结构阐述了提高系统滤波特性与稳定性的关键因素,建立了详细的电路模型,提出了提高系统滤波特性与稳定性的方法,给出了系统关键参数的设计方法。系统主要结构为上下两个LC滤波器串联,中间并联LCL输出滤波器,再串联有源电力滤波器和并联无源电力滤波器。主要作用是通过串联LC滤波器分压,输出滤波器滤除高次开关谐波,有源电力滤波器滤除高次谐波,无源电力滤波器滤除低次大电流谐波。该结构能去除耦合变压器,且能保证抑制高次开关谐波的输出。在这种结构中,系统阻抗和K_1值的变化与滤波效果呈正比,系统阻抗和K_1值的变化都会影响V_(1h)/U_(Th)在基波处的比值变化,系统阻抗和K 1值的变化呈反比,系统的稳定性则与无源和有源连接点V_(1h)的电压有直接关系。因此,当系统阻抗不能改变的情况下,适当增加K_1的取值有助于提高系统的滤波特性,同时,输出滤波器对高次开关谐波的滤除效果得到了很好的体现,且不受系统阻抗及K_1变化的影响,无源串联基波谐振支路的谐振点尽量与基波保证一致。通过MATLAB幅频特性仿真证明了系统设计与方法的合理性与可行性。同时,进行了样机验证实验:谐波补偿试验表明,装置滤除效果良好,可以很好地跟踪负载,实时性能良好;谐波+无功补偿试验表明,电流、电压滤波率良好,电流波形得到明显改善,电压电流波形补偿以后为同相位,达到单位功率因数,补偿了感性无功功率;直流电压稳定性试验表明,低通滤波器的有效性能良好,有源部分的直流母线输出电压稳定;输出滤波器性能试验表明,开关谐波被几乎完全滤除。该方案为解决混合滤波器存在的系统稳定性问题提供了有效的解决方案。     

特高压直流换流站交流滤波器组对电网谐波的影响分析

特高压直流换流站配置的交流滤波器兼具特征谐波滤除和无功补偿功能,但其易与电网背景谐波阻抗相互作用导致低次谐波放大现象。交流电网谐波阻抗的获取是交直流系统谐波特性分析及交流滤波器设计配置的基础。文中根据电网谐波阻抗特性较为复杂,难以建模计算的特点,提出了一种基于换流站不同运行工况的500 kV交流电网背景谐波阻抗实用估算方法;定义了交流滤波器组谐波增益指标,通过该指标分析了特高压直流换流站交流滤波器组对电网低次谐波的放大机理;研究了交流滤波器参数与放大作用间的关系,提出了2种交流滤波器的改造方案。最后,以绍兴换流站测试数据为例,结合电网背景谐波阻抗估算结果,对其5次谐波放大问题进行了理论分析,并对交流滤波器改造方案进行了探讨。     

在非正弦波电网中的单谐波滤波器和高通滤波器的计算

在大容量整流装置中,需设置谐波滤波器,用以滤除高次谐波,降低电网电压的谐波水平。本文分别论述了滤除各低次谐波的单谐波滤波器和滤除各高次谐波的高通滤波器的基本原理,选择原则和滤波电容器组,电抗器及电阻器等元件的选择和计算。     

基于阻波高通滤波器的高速铁路谐振抑制方案

高速铁路系统中交直交机车产生的高次谐波可能会引发牵引网谐振和谐波电流放大,严重影响高速机车的安全稳定运行。分析了牵引网谐振的引发机制,针对高速铁路系统提出一种可滤除高次谐波和抑制谐振的新型阻波高通滤波器。该阻波高通滤波器由电容器和电抗器并联后,再与电阻串联构成。在工频下,该阻波高通滤波器为开路状态,阻止工频电流流过;在高频下,该阻波高通滤波器呈现低阻抗,具有高通性。试验结果表明,所提高通滤波器在工频下具有极高阻抗;在高频下呈现低阻抗,可滤除高次谐波,抑制牵引网谐振。     

HL-2A装置电源系统有源电力滤波器的设计与仿真

HL-2A装置极向场及二级加热电源系统由1台输出频率可变的125 MVA飞轮脉冲发电机组供电,其输出母线上存在大量谐波成分,需要设计一个滤波器对其线路进行谐波治理。首先针对于频率可变的电源系统,在设计有源电力滤波器时,需加入锁相环追踪电源系统频率的变化;再以此变化的频率为基础分析其谐波成分,通过控制有源电力滤波器主电路滤除谐波;最后在理论分析的基础上,使用Matlab/Simulink软件进行仿真分析,观察在频率可变系统下有源电力滤波器的谐波滤除效果。仿真结果验证了理论分析的正确性和可行性。     

基于双DSP控制的混合型有源电力滤波装置

提出了一种新型混合型有源电力滤波器(HAPF)装置,该装置结构是按基于TMS32OF2812为芯片的双DSP控制设计的,且将有源电力滤波器(APF)与无源电力滤波器(PPF)相结合,滤除5次、7次等高次谐波.分析了该HAPF装置的工作原理及主电路结构,介绍了装置的设计思路及实现方案,论证了基于瞬时无功功率理论的谐波检测...     

基于UHV-FTRTPS的特高压交流变压器局部放电试验技术

我国特高压交流变压器局部放电试验的电源大多采用中频发电机组,具有配套装置多、笨重不便操作等缺点。为此,提出了一种基于调频式谐振特高压试验电源(UHV-FTRTPS)的特高压交流变压器局部放电试验方法。该方法试验电源的功率放大器件主要为模拟功率放大器,通过计算与分析高压补偿电抗器的损耗、试验电路的附加损耗、被试特高压交流变压器空载损耗、中间升压励磁变压器损耗得出试验电源的总容量,并以减少试验回路总损耗为目标,确定了试验电源输出电压信号的频率调节范围;同时依据被测试特高压交流变压器现场加压时间和步骤,提出了中间励磁升压变压器台数及档位的2种选择方式;针对试验过程中试验电源输出电压信号中出现的自激振荡干扰和电磁干扰,提出了增加信号屏蔽措施和RC输出滤波器的解决方法。依据理论分析和计算得出了试验电源的总容量≥600 k W,确定了试验电源输出电压信号的频率调节范围为140~155 Hz。现场试验结果表明,被测试特高压交流变压器的局部放电量≤500 p C,验证了提出的局部特高压交流变器局部放电试验方案的正确性、有效性。     

高速铁路电能质量有源无源混合补偿方法

针对高速铁路给电网带来的高次谐波和负序等电能质量问题,提出一种采用有源和无源相结合的混合补偿方案。其中有源补偿装置采用单相背靠背变流器结构,安装在牵引变电所牵引侧,主要补偿负序和11次以下的低次谐波;无源补偿采用高通滤波器,安装在分区所,主要滤除13次及以上的高次谐波。对有源补偿装置的主电路结构和控制策略、高通滤波器参数设计方法进行了理论分析,用PSCAD/EMTDC软件对所提出的方案进行了仿真研究。仿真结果表明,所提出的有源补偿装置控制策略和无源高通滤波器参数设计是有效的,实现了高速铁路负序和谐波的综合补偿。     

高可靠性飞机专用电源系统的建模与谐波分析

针对飞机飞行控制系统对专用电源的特殊要求,提出了一种适用于未来先进飞机的新型飞机专用电源系统的设计方案。该方案具有系统结构简单、可靠性高和转速范围宽等优点。文中利用MATLAB工具建立了该专用电源系统的仿真模型,仿真结果与理论分析一致。另外,还对滤波器的结构和参数对输出直流电压脉动和发电机相电流波形的影响及相电流谐波进行了仿真分析。仿真结果表明,在Boost-buck变换器之前增加滤波器,并不能改善系统直流输出电压的脉动,反而会造成发电机三相电流谐波含量增大,对发电机产生不利的影响。新型专用电源系统直流电压脉动幅值的控制是靠变换器自身调节实现的。     

一种基于基波磁通调谐补偿的无源滤波新方法

针对有源滤波器初期投资大、电流实时检测的缺点,提出了一种无源滤波新方法,即在每相中增加一基波单绕组变压器,其一次侧串联在电源和无源滤波器之间,二次侧通过与基波调谐LC滤波器串联,在满足基波磁通补偿的条件下使基波电流顺利通过变压器,而谐波电流被迫流入单调谐滤波器中,从而提高无源滤波器的效率。利用Matlab对所建模型进行仿真,仿真结果表明在本设计的低功率整流设备中,本方案能有效滤除电力系统谐波。     

大容量400Hz逆变器输出LC滤波器设计和低次谐波抑制

为了有效抑制大容量中频400Hz/115V逆变器输出电压中的谐波,推导了两级级联H桥载波移相正弦脉宽调制(SPWM)时输出电压波形的数学表达式,可准确得到逆变桥开环状态下输出电压的基波和各次谐波含量,为输出滤波器的设计提供了理论依据。同时考虑滤波电感上的基波压降、电感电流纹波以及无功容量等因素,提出了LC滤波器的设计方法。另外,通过在逆变器外环和内环分别采用基波谐振控制和3、5、7次谐振控制,不仅可以消除稳态误差,还可以补偿3、5、7次谐波。通过仿真和实验证明了理论分析的正确性。     

微网蓄电池储能系统滤波及并网控制策略

针对微网中蓄电池储能系统充放电时谐波含量较高情况,在DC/DC与DC/AC变流器之间加入LC滤波器滤除低次谐波,在DC/AC变流器与电网之间加入LCL滤波器抑制高次谐波;并在传统PQ控制基础上以逆变器侧电感电流和网侧电感电流加权值作为内环电流控制信号,降低了解耦分量的纹波含量,减小了储能系统的电压源特性和LCL滤波器阻抗特性对滤波效果和电压波形的影响,提高了控制精度和响应速度;通过隔离变压器调节逆变器输出电压,保证并网电压的稳定。构建仿真模型仿真验证了双层滤波结构和改进控制策略可有效提高蓄电池储能系统的电能质量。     

三调谐电力滤波器的研究

在分析单调谐滤波器和双调谐滤波器特性的基础上，提出了一种等效于三组单调谐滤波器的三调谐滤波器，该滤波器由3个电感和3个电容组成；分析了该滤波器的阻抗特性，给出了参数的计算方法, 通过额定电压、调谐频率、并联谐振频率和补偿容量等已知数据计算出电感和电容元件的参数；并针对一110kV实际电网，完成三调谐滤波器设计计算、仿真分析和试验测试。结果表明该滤波器有良好的滤波性能，可以同时滤除三种不同频率的谐波，频率误差不超过2Hz，性能优于三组单调谐滤波器，具有基波损耗低、占地小、投资省、只有一个电抗器接受冲击电压、只需要一个开关等优点，适合在电力系统推广应用。     

On Power Quality of Variable-Speed Constant-Frequency Aircraft Electric Power Systems

In this paper, a comprehensive model of the variable-speed constant-frequency aircraft electric power system is developed to study the performance characteristics of the system and, in particular, the system power quality over a frequency range of operation of 400 Hz to 800 Hz. A fully controlled active power filter is designed to regulate the load terminal voltage, eliminate harmonics, correct supply power factor, and minimize the effect of unbalanced loads. The control algorithm for the active power filter (APF) is based on the perfect harmonic cancellation method which provides a three-phase reference supply current in phase with its positive-sequence fundamental voltage. The proposed APF is integrated into the model of a 90-kVA advanced aircraft electric power system under VSCF operation. The performance characteristics of the system are studied with the frequency of the generator's output voltage varied from 400 Hz to 800 Hz under different loading conditions. Several case studies are presented including dc loads as well as passive and dynamic ac loads. The power quality characteristics of the studied aircraft electric power system with the proposed active filter are shown to be in compliance with the most recent military aircraft electrical standards MIL-STD-704F as well as with the IEEE Std. 519.     

基于控制延迟补偿的混合有源滤波器的研究

为改善有源电力滤波器对谐波的补偿效果并增大补偿范围,提出了在并联一个高通无源滤波器的同时,在控制系统中引入控制延迟补偿模块;通过高通滤波器来抑制高次谐波,增大其补偿范围,通过控制延迟补偿模块来改善对低次谐波的补偿效果;阐述了控制延迟补偿的原理和算法。仿真分析结果表明了该方法的有效性。     

电网电压前馈对柔性直流输电在弱电网下的稳定性影响

以中国南方电网鲁西背靠背异步联网的柔性直流输电工程为背景,介绍了2017年4月10日在鲁西站广西侧发生高频谐波谐振的事件情况,对事件中谐波放大机制及其影响的关键环节进行了详细分析和仿真验证,得到了高频谐波谐振现象与柔性直流电网电压前馈控制采样环节、系统谐波阻抗之间的关系,推导了电压前馈控制参数、系统谐波阻抗与高频谐波谐振频率幅值之间的公式,并提出了在电压前馈环节合理设计滤波器来解决高频谐波谐振问题的措施,经仿真验证和现场实施验证了所提解决方案的有效性。     

Characteristics comparison of high‐frequency multilevel inverter connected with filter inverters

This paper presents a characteristics comparison of a high‐frequency multilevel inverter connected with small‐ capacity filter inverters. In general, PWM inverters require a low‐pass filter in order to reduce switching harmonics. However, in the high‐frequency systems such as class D power amplifiers, the cutoff frequency of the low‐pass filter must be set at high frequency. Thus, harmonic distortion of the output voltage is enlarged to a harmful level. Increasing the number of output voltage levels is effective in reducing the harmonic distortion of the output voltage and the low‐pass filter size. The proposed systems consist of a five‐level inverter and several cascade‐connected low‐voltage full bridge inverters without any external DC power sources for filtering the output voltage. The five‐level inverter generates a stepwise waveform with five‐level voltage, and the low‐voltage filter inverter superimposes harmonic components to compensate for the voltage waveform distortion. Therefore, the proposed system can reduce its total switching loss and can increase the number of the output voltage levels. In this paper, the effectiveness of the proposed systems is verified through several experiments. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 161(3): 58–65, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20373     

多电平PWM逆变电路谐波分析与输出滤波器设计

在中压大容量变频驱动装置中，为解决电力电子器件耐压问题，基于PWM控制的多电平逆变技术得到广泛应用。这种中压变频器输出电压为多电平PWM脉冲波形，目前对其谐波还没有完善的理论分析。为避免高次谐波对电机的影响，有些用户要求为变频器设置输出滤波器。由于中压变频器容量较大，为滤波器设计带来一些新的问题。该文在大量仿真数据的基础上，总结出多电平PWM波形的谐波特点，为滤波器设计提供了理论依据。以此为基础，综合考虑基波压降、有功损耗、电流谐波和谐振等问题，推导出适合于中压大功率变频器输出5滤波器参数选取的简化公式，并通过实验予以验证。     

级联H桥整流器谐波分析及混合控制

针对单相级联H桥整流器(cascaded H-bridge rectifier, CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。     

基于滤波电容电流补偿的并网逆变器控制

在并网逆变器中,LC滤波器因容易控制和具有良好的高频衰减特性而应用广泛。分析了输出滤波电容对采用LC滤波的并网逆变器并网电流幅值、相位和低次谐波的影响,提出一种采用滤波电容电流补偿和电网电压前馈的数字PI控制策略,给出了离散时间域下控制器参数的设计方法,并从电网谐波阻抗角度分析了控制器抑制电网电压扰动的能力。理论分析和实验证明,该方案能有效降低并网电流的谐波畸变率(THD),提高并网逆变器输出电能质量。