SAPF在不同补偿方式下的直流侧电压取值分析

针对并联型有源电力滤波器在应用中直流侧电压值的选择问题,本文以典型的晶闸管整流加阻感负载作为非线性负载,依据并联型有源电力滤波器谐波补偿原理,给出了直流侧电压选取的数学表达式。并且对单次谐波补偿、两次谐波补偿(如5次和7次)及全补偿下三种补偿方式下的直流侧电压值的选择进行了分析与比较,为不同补偿方式下如何选择直流电压值提供了理论依据,为实际工程提供应用价值。     

基于补偿特性的并联型有源电力滤波器直流侧电压取值分析

并联型有源电力滤波器直流侧电压值直接影响谐波补偿特性,文中分析了直流侧电压的取值对补偿特性的影响。首先,分别在单相和三相系统中,针对典型的晶闸管整流加阻感负载为系统负载的负载电流,通过对等效电路的分析,得出完全补偿谐波时所需的直流侧电压理论最小值;然后,当直流侧电压小于理论最小值时,考虑在正弦脉宽调制方法下,通过仿真曲线,给出了补偿后电源电流总谐波畸变率(THD)与直流侧电压之间的定量关系,这些曲线为直流侧电压的选择提供了参考。仿真和实验验证了所述直流侧电压值选取方法的正确性。     

三相整流桥直流侧和交流侧并联型有源电力滤波器比较研究

三相直流侧和交流侧有源电力滤波器均可用于三相不可控整流桥的谐波治理。从谐波补偿效果、有源滤波器的补偿容量、开关应力三个方面对二者进行了分析和对比。分析结果表明，由于直流侧有源电力滤波器并联在整流桥的直流侧，在换相处的负载电流变化率比交流侧小得多，因此直流侧有源电力滤波器的补偿性能优于交流侧有源电力滤波器。同时由于直流侧有源电力滤波器工作在电压电流两个象限，因此其补偿容量和开关应力远小于交流侧有源电力滤波器。     

并联电压型中频有源滤波器注入电感的计算与分析

中频有源滤波器由于工作频率高,对注入电感的响应更加敏感,因此需要更准确的负载模型和注入电感的计算方法.通过将中频负载建模为典型整流式非线性负载,并且在考虑换向过程的情况下,对负载特性进行详细分析.在此基础上结合有源电力滤波器(active power filter,APF)模型,给出并联电压型中频有源滤波器注入电感值的准确计算公式.由分析结果可见,中频有源滤波器补偿性能与注入电感及其电阻、负载电流换相过程、非线性负载特性和系统频率等密切相关.最后通过Matlab建模仿真,验证该计算方法的正确性.     

并联型有源电力滤波器输出电感选择的新方法

并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)交流侧输出电感是连接APF与电网的桥梁,直接影响补偿电流的动态性能,对有源滤波器的补偿特性起着决定性作用。针对电压源并联型有源电力滤波器电感注入电路的拓扑,提出一种严格的基于谐波电流分析的并联型APF输出电感值确定方法。它能根据补偿目的的不同准确计算出最优的电感值。通过对电力系统中广泛存在的非线性整流负载的仿真,验证了该方法的正确性和可行性。     

一种新型混合型有源电力滤波器的研究

提出了一种单相并联混合型有源电力滤波器电路结构.该电路由有源滤波器与基波串联谐振支路并联再与无源滤波电路串联构成,用于抑制非线性整流负载产生的谐波电流流入电源侧.在该电路中,无源滤波器分担大部分抑制谐波和无功补偿的任务,减少了有源滤波器的容量;有源电力滤波器用于改善无源滤波器的滤波效果和抑制它与系统阻抗可能发生的谐振.理论分析和实验结果表明,该混合型有源滤波器充分发挥了无源滤波器和有源滤波器各自的优点,改善了无源滤波器的滤波性能,同时使有源滤波器不再承受基波电压,因此最大限度地减少了有源滤波器的容量,从而使有源电力滤波器能够应用于大功率场合.     

并联混合型有源电力滤波器滤波特性分析

为了比较不同并联混合型有源电力滤波器的滤波特性及电源阻抗对其滤波特性的影响,选用了四种典型的并联混合型有源电力滤波器拓扑结构,分析了它们的工作原理.首先在固定电源阻抗时,画出了在同样的电路参数和控制方式下,不同的并联混合型有源电力滤波器拓扑结构中,流入电源的谐波电流与负载谐波电流比值的波特图,然后又在电源阻抗发生变化的情况下,画出了流入电源的谐波电流与负载谐波电流比值的波特图,通过对这些波特图的分析,比较了不同并联混合型有源电力滤波器的滤波特性以及电源阻抗对其滤波特性的影响,从而找到了滤波效果较好的并联混合型有源电力滤波器的拓扑结构.     

三相直流侧APF补偿性能的频域研究

三相不可控整流桥装置产生的电流谐波具有谐波含量大,谐波频谱分布宽的特点.直流侧有源电力滤波器是针对不可控整流桥装置提出的谐波治理方案.从频域角度分析直流侧有源电力滤波器电流环带宽与谐波补偿性能的关系,得到不同带宽所对应的补偿后电流THD理论数据,从而对三相直流侧有源电力滤波器的补偿性能进行定量的研究.通过该频域分析方法,将三相直流侧有源电力滤波器与传统交流侧有源电力滤波器进行对比分析.分析表明,在三相不可控整流桥带大电感负载情况下,当电流环带宽取1kHz时,直流侧有源电力滤波器补偿后电流THD为0.41%,交流侧有源电力滤波器补偿后电流THD为9.63%.采用平均电流控制策略,完成三相直流侧有源电力滤波器的设计.实验测试结果验证当电流环带宽取1kHz时,三相直流侧有源电力滤波器实现整流桥负载谐波电流的有效补偿.     

混合型有源电力滤波器与并联电容器组联合补偿技术研究

对于大容量谐波与无功功率补偿,提出了采用混合型有源电力滤波器以及混合型滤波器与电容器组或无源滤波器并联补偿的方式,分析了并联运行时混合型滤波器与电容器组或无源滤波器之间相互配合进行谐波补偿的问题,提出了采用负载与系统电流检测适当结合的方式以改善谐波补偿效果的方法.计算机仿真结果验证了理论分析的正确性.最后,给出了混合型滤波器的挂网运行结果,表明了所提方法的正确性与实用性.     

DSP技术应用于双重化有源电力滤波器

介绍了并联型有源电力滤波器(APF)的基本原理,双重化的主电路结构和SPWM多重化原理,以及APF的谐波提取及其控制策略。为了提高有源电力滤波器的容量及其谐波补偿效果,采用了载波移相双重化技术,在不提高逆变桥的开关频率与保持主电路拓扑结构的前提下获得高的等效开关频率,还可减少系统输出的高次谐波含量。实验结果表明:基于DSP的双重化有源电力滤波器具有很好的补偿效果。     

并联型APF在容性非线性负载中应用

在分析大电容滤波整流负载线电流谐波特性的基础上,揭示了并联型有源电力滤波器(SAPF)不适合补偿电压型谐波源的原因,运用间歇谐振机理阐明了SAPF补偿电压型谐波时,负载电流峰值变大的原因.提出了2类解决方法:对原需滤波系统进行改造,改变原系统的谐振频率范围;或者对SAPF进行改进,变原来的宽带补偿为有限带宽补偿,有选择谐波次数的补偿.采用所提方法后,SAPF运行在含有容性非线性负载场合时,可以有效地保证负载交流侧电流峰值不增大,同时有效地抑制电网中的谐波电流.仿真结果证明了所提方法的正确性和可行性.     

基于电流电压内在关系的SAPF的SVPWM控制 算法的研究及稳定性分析

为了提高并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)的电流跟踪性能,提出一种基于SVPWM的并联型有源电力滤波器的电流跟踪控制算法。由于SAPF参考指令是电流值,而SVPWM参考指令是电压值,因此根据电流电压内在关系将SVPWM控制算法与SAPF的参考指令电流相结合,通过改变SVPWM调制方式减少功率器件的开关次数,从而降低功率器件的开关损耗,提高控制性能。并且通过构造Lyapunov函数,对SVPWM控制的SAPF的稳定性进行了分析。仿真和实验结果证明该算法简单,可以很好地跟踪指令电流,能实现对SAPF的实时控制,并且具有非常好的谐波补偿效果。SAPF在负载扰动下的补偿效果证明了关于SVPWM控制的SAPF的稳定性分析的正确性。     

Novel schemes used for estimation of power system harmonics and their elimination in a three-phase distribution system

Estimation of power system harmonics and their elimination is an interdisciplinary area of interest for many researchers. This paper presents Variable Step Size Least Mean Square (VSS-LMS) approach for harmonics estimation and Shunt Active Power Filter (SAPF) with two-level Hysteresis Current Control (HCC) technique for their elimination in a three-phase distribution system. In the estimation process, the weight is updated using VSS-LMS algorithm. Harmonics components are estimated from the updated weights. In order to mitigate harmonics produced by the nonlinear load connected in a three-phase distribution system, SAPF with two-level HCC is proposed. A three-phase insulated gate bipolar transistor (IGBT) based current controlled voltage source inverter (CC VSI) with a dc bus capacitor is used as an active power filter. The first step is to calculate SAPF reference currents from the sensed nonlinear load currents by applying the synchronous detection method and then the reference currents are fed to the proposed controller for generation of switching signals. The nonlinear load consists of one three-phase and one single-phase diode rectifier feeding R–L load, so that the effectiveness of the two-level HCC scheme to compensate for unbalanced nonlinear load can be tested. Various simulation results are presented to verify the good behavior of the SAPF with proposed two levels HCC.     

Design and modeling of SMES based SAPF for pulsed power load demands

In this article, a Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) based Shunt Active Power Filter (SAPF) topology is proposed to compensate high power pulsating load demands in a power system. The SMES based SAPF is designed and modeled to realize as an efficient compensator for the compensation of pulsed power load demands. The conventional SAPF is efficient to mitigate the power quality problems in a power system unless there is high power pulsating load demands, transient conditions or power fluctuations. Particularly, a Modified Synchronous Reference Frame (MSRF) control algorithm has been implemented to generate proper switching signals for the three-phase Voltage Source Converter (VSC) of the SMES based SAPF. In the simulation, it has been seen that the SAPF is incompetent under high power pulsating load demands whereas the SMES based SAPF has shown excellent performance under such load conditions. Moreover, a comparative analysis has been made between the conventional SAPF and the SMES based SAPF under pulsating load conditions, to check the effectiveness of the SMES based SAPF. The performance of the proposed system is presented by using Sim Power System (SPS)/MATLAB Simulink and real-time digital simulator laboratory (RTDS-Lab).     

基于谐波源注入的SAPF补偿容量确定方法

补偿容量是决定并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter, SAPF)补偿性能的重要因素之一。通过戴维南等值模型,分析了SAPF补偿容量的决定因素,指出了依据补偿前负荷电流作为确定补偿容量的方法存在的缺点。提出了一种基于谐波源注入的SAPF补偿容量预估方法,通过小容量谐波源在接入点分次注入谐波电流,预估SAPF的补偿容量。该方法还提出了谐波源特征系数和补偿容量放大倍数两个指标用于表征负荷的性质,为SAPF的类型和容量的选择提供方向。通过对不同负载模型的仿真验证,确定该方法比传统方法更加接近真实SAPF的补偿容量。     

有源滤波器故障诊断与容错控制改进策略的研究

为了能够改善并联型三相四开关有源电力滤波器的容错能力,提高滤波器的可靠性,针对SAPF(Shunt Active Power Filter, SAPF)的故障诊断策略,提出了一种能够快速反应故障类型和故障位置的混杂系统模型法。通过对系统输出电流残差演变规律的判断,识别故障源。再运用对应容错切换策略切除故障桥臂,使SAPF在容错状态下继续工作。同时,通过对SAPF补偿算法的研究,得出了更适合SAPF容错切换的电源电流跟踪补偿策略。并在此基础上添加了前馈控制来消除容错状态下直流侧分裂电容中点电位不平衡的影响,使补偿效果更好。实验和仿真验证了该方法的有效性。     

基于Delta算子的并联型有源电力滤波器H∞控制器设计

针对并联型有源电力滤波器(SAPF)的数字化控制问题,基于补偿性原理,将负载的谐波电流当作扰动,电源谐波电流作为系统的期望输出,建立了SAPF的Delta算子离散化状态空间方程模型,利用线性矩阵不等式(LMI)方法设计SAPF的H∞控制器.对所设计的H∞控制器的补偿效果与基于传统Z变换方法设计的H∞控制器的补偿效果进行...     

电励磁双凸极发电机的三相整流换相过程分析

阐述了电励磁双凸极无刷直流发电机整流发电的工作原理,推导了电流换相时间、换相重叠角以及换相压降的解析公式,并分析了励磁电流、发电机转速以及负载性质对电流换相的影响。理论分析与实验结果表明：电励磁双凸极发电机整流发电时的换相过程由电机自感和互感引起;励磁电流大小会使工作模态发生变化;当负载和励磁电流不变时,换相时间受发电机转速影响,换相重叠角保持不变;负载为阻性与感性时,存在换相重叠,负载为容性轻载时,换相重叠现象不明显。     

一种可切换工作模式的反激开关电源

反激变换器存在电感电流连续模式（CCM）和断续模式（DCM）两种工作状态。通常选取处于CCM与DCM的临界状态作为工作点,设计反激开关电源的补偿回路。该折衷方案虽能兼顾两种工作模式,但存在带宽较小、动态响应差的问题,且在轻载情况下尤为突出。针对该问题设计了一种可切换工作模式的反激开关电源,对CCM和DCM模式分别设计环路补偿网络,通过变压器原边电流判断负载情况,进而切换补偿网络,实现电源工作模式的切换。设计了输出功率120 W的反激开关电源样机,进行仿真和样机性能测试,试验结果表明,电源不仅能根据负载情况切换工作模式,而且轻载时具有很好的动态响应,验证了该方案的有效性,与预期设计结果相符。     

指定次谐波补偿并联型有源滤波器电流重构限流策略

针对有源滤波器指定次谐波补偿时负载谐波电流突增导致有源滤波器过流的现象,在并联型有源滤波器传统比例限流的基础上,提出了一种谐波电流重构的限流策略。本策略首先利用滑窗迭代FFT的方法,求出指定次谐波电流的幅值与相位,然后通过指定次谐波电流的叠加重构出被补偿的谐波电流,重构电流与比例系数之积作为新的参考电流参与并联型有源滤波器的控制。此方法可充分利用并联型有源滤波器的补偿能力,实现并联型有源滤波器的准确限流,并能使并联型有源滤波器在超出其补偿容量的系统中安全运行。仿真和试验结果验证了本方法的正确性与有效性。