1、1,有源电力滤波器设计和应用中 的问题与对策,演讲人：卓放 西安交通大学电气工程学院 2014年3月19日,2,供用电系统谐波,3,谐波的危害 干扰其他电气、电子设备，使之发生故障，甚至引起电网局部谐振，设备损毁； 造成额外电能损耗，引起设备过热，甚至烧毁。,4,5,准确 快速 稳定的 检测与控制方法,减小有源装置 容量以降低造价,系统层面问题,准确性、快速性 不满足要求,稳定性不满足要求,谐波源波形,滤波后波形,6,有源电力滤波器造价随容量增加而急剧上升,准确 快速 稳定的 检测与控制方法,减小有源装置 容量以降低造价,系统层面问题,价格昂贵的全控型电力半导体器件,7,优化配置 稳定控制,准
2、确 快速 稳定的 检测与控制方法,减小有源装置 容量以降低造价,系统层面问题,？,系统层面问题的起因,补偿特性由有源滤波器、负载、电网以及可能的无源滤波器共同决定,负载特性对系统的影响与对策,常规的、基于有源滤波器本身的认识,常见问题： 1）所需有源滤波器容量大于原有测量值 2）安装有源滤波器后负荷侧谐波电流反而增大了,10,负载特性对系统的影响与对策,更准确的、考虑负载特性的模型,11,并联型有源电力滤波器应用的一般系统结构,并入式混合滤波系统结构框图,12,不同检测点对系统特性的影响分析,混合系统中有源电力滤波器谐波电流检测共有以下几种方法： 检测负载侧A点谐波电流控制方法； 检测无源滤波
3、器补偿后B点谐波电流控制方法； 检测电网侧C点谐波电流控制方法；,13,并入式混合型并联滤波器单相等效电路图,只有有源,只有 无源,混合滤波系统仅考虑负载谐波源时单相谐波等效电路图,并入式混合滤波系统一般的控制方法,14,并入式混合滤波系统一般的控制方法,谐波全部补偿控制方法的原理及其存在的问题,有源电力滤波器检测负载全部谐波电流，输出补偿负载全部谐波。,幅频 特性,电网谐波电流分量：,无源滤波器谐波电流分量：,幅频 特性,当GA=1时，有源电力滤波器补偿全部负载谐波，无源滤波器只补偿了基波无功。,15,并入式混合滤波系统一般的控制方法,有源滤波器补偿所有谐波的仿真结果（GA=1）,有源滤波器
4、补偿部分谐波的仿真结果（GA=0.5）,有源滤波器不补偿5、7次谐波的仿真结果,16,抑制谐振作用的分析,只考虑负载 电流谐波,S为电网基波角频率,t为无源滤波器调谐角频率,只考虑负载电流谐波的情况,混合滤波系统控制系统框图：,有源电力滤波器对并联谐振有抑制作用,17,抑制谐振作用的分析,幅频 特性,有源电力滤波器对串联谐振无抑制作用,只考虑电网电压畸变的情况,18,抑制谐振作用的分析,有源滤波器抑制并联谐振仿真波形,19,抑制谐振作用的分析,有源滤波器抑制串联谐振仿真波形,20,电流检测点位于A点对并联谐振抑制情况分析（补偿前）,抑制谐振作用的分析,仅投入非线性负载时的实验波形,非线性负载和
5、无功补偿电容器均投入后的实验波形,21,抑制谐振作用的分析,检测A点电流控制策略,电流检测点位于A点对并联谐振抑制情况分析（补偿后）,22,电流检测点位于A点对串联谐振抑制情况分析（补偿前）,抑制谐振作用的分析,仅投入非线性负载时的实验波形,非线性负载和无功补偿电容器均投入后的实验波形,23,抑制谐振作用的分析,电流检测点位于A点对串联谐振抑制情况分析（补偿后）,检测A点电流控制策略,24,一般控制方法下系统问题总结,并入式混合型并联滤波系统采用检测负载谐波电流的控制方法主要有以下特点： 对有源滤波器、无源滤波器的容量优化配置要求对有源滤波器的补偿系数和所分担谐波成分精心设计。 有源电力滤波器
6、改善无源滤波器的补偿效果，对无源滤波器和电网并联谐振有一定的抑制作用。 有源电力滤波器不能抑制电网中由电网电压畸变产生的谐波电流以及无源滤波器和电网的串联谐振。,25,不同检测点对系统特性的影响分析（B点）,只考虑负载 电流谐波,有源电力滤波器检测无源滤波器后电流各次频率的谐波成分，输出谐波补偿电流为：,只考虑负载电流谐波的情况,26,幅频 特性,不同检测点对系统特性的影响分析（B点）,电网的谐波电流分量：,无源滤波器谐波电流分量：,幅频 特性,27,不同检测点对系统特性的影响分析（B点）,补偿系数取0.8时补偿效果仿真波形,补偿系数取1时补偿效果仿真波形,混合滤波系统对负载谐波电流补偿特性的
7、仿真结果,28,不同检测点对系统特性的影响分析（B点）,混合滤波器抑制并联谐振仿真波形,补偿系数取0.8时有源滤波器抑制并联谐振仿真波形,补偿系数取1时有源滤波器抑制并联谐振仿真波形,29,不同检测点对系统特性的影响分析（B点）,只考虑电网电压畸变的情况,无源滤波器谐波电流分量：,电网谐波电流分量：,30,不同检测点对系统特性的影响分析（B点）,混合滤波器抑制串联谐振仿真波形,补偿系数取0.8有源滤波器抑制串联谐振仿真,有源滤波器和无源滤波器谐振仿真,31,电流检测点位于B点对并联谐振抑制情况分析（补偿前）,不同检测点对系统特性的影响分析（B点）,仅投入非线性负载时的实验波形,非线性负载和无功
8、补偿电容器均投入后的实验波形,32,不同检测点对系统特性的影响分析（B点）,传统的只检测B点电流控制策略,电流检测点位于B点对并联谐振抑制情况分析（补偿后）,33,不同检测点对系统特性影响总结（B点）,并入式混合型并联滤波器采用检测无源滤波器后谐波电流的控制方法主要有以下特点：混合滤波器可以补偿电网中由负载产生的谐波电流，但补偿系数取值接近1时，无源滤波器补偿的调谐频率谐波电流较少，有源滤波器的容量没有有效减小。有源电力滤波器对无源滤波器和电网之间的并联谐振有抑制作用。有源电力滤波器可以抑制由电网电压畸变产生的无源滤波器与电网之间的串联谐振。当电网电压产生畸变时，采用该控制方法，有源电力滤波器
9、和无源滤波器之间存在着谐振的可能。,34,基于电网电压Ush和A点电流检测的PAPF复合控制方法,基于网压Ush和B点电流检测的复合控制方法,35,基于网压Ush和B点电流检测的复合控制方法,检测电网电压Ush和B点电流的复合控制方法系统特性分析,36,系统开环传递函数伯德图,由图中不同曲线对应的相位裕量可以看出，采用检测B点电流控制方法时，随着电压通道补偿系数的增加，系统的稳定性越来越好；随着电容值的变化，系统没有出现不稳定的情况。,基于网压Ush和B点电流检测的复合控制方法,检测电网电压和B点电流的复合控制方法系统特性分析,37,系统闭环传递函数伯德图,基于网压Ush和B点电流检测的复合控
10、制方法,检测电网电压和B点电流的复合控制方法系统特性分析,当电流检测点位于B点时，给PAPF并联电阻后，可以使原来不稳定的系统变得稳定，同时有良好的补偿效果。,38,基于网压Ush和B点电流检测的复合控制方法,电流检测点位于B并联谐振,只检测B点电流控制方法,检测电网电压和B点电流控制方法,采用只检测B点电流控制方法时，系统不稳定；采用检测电网电压和B点电流的复合控制方法可以很好的抑制系统并联谐振。,39,基于网压Ush和B点电流检测的复合控制方法,电流检测点位于B串联谐振,采用只检测B点电流控制方法时，系统不稳定；采用检测电网电压和B点电流的复合控制方法可以抑制串联谐振。,40,电流检测点位
11、于B点对并联谐振抑制情况分析（补偿前）,基于网压Ush和B点电流检测的复合控制方法,仅投入非线性负载时的实验波形,非线性负载和无功补偿电容器均投入后的实验波形,41,基于网压Ush和B点电流检测的复合控制方法,检测电网电压和B点负载电流控制策略,只检测B点电流控制策略,电流检测点位于B点对并联谐振抑制情况分析（补偿后）,42,电流检测点位于B点对串联谐振抑制情况分析,基于网压Ush和B点电流检测的复合控制方法,非线性负载和无功补偿电容器均投入，补偿前实验波形,检测电网电压和B点负载电流控制策略，补偿后实验波形,43,综合考虑有源、无源及电网特性的系统层面问题,检测A点电流控制方法：系统属于开环
12、控制，不存在稳定性问题，可以有效补偿电网中由负载产生的谐波电流。实际系统中，由于电容器安装组数较多，且位置分散灵活，A点的电流很难通过检测得到，该方法应用受限。 检测B点电流控制方法：系统属于闭环控制，当PAPF补偿所有次谐波时，容易造成系统不稳定，补偿系统存在着稳定性和补偿效果之间的矛盾。当PAPF采用指定次谐波补偿控制策略时，如果能避开系统不稳定频段，系统可以稳定工作。但实际系统中，由于电容器频繁投切，电网阻抗等参数的变化，使得系统参数难以估计，指定次谐波补偿策略应用受限。 检测电网电压和负载电流的复合控制方法：简单可靠，不需增加额外的硬件电路，只需通过改变控制软件的算法即可实现系统的稳定工作，并具有理想的谐波补偿效果。,44,多台有源滤波器并联运行的系统层面问题,44,稳定性与优化配置问题,含多台电能质量控制器的区域用电系统,45,稳定性与优化配置问题,未来含多台电力电子变流器的电能系统,46,47,总结,并联型有源电力滤波器系统层面的问题日益突出 这些系统层面的问题需要对有源滤波器在具体应用工况下的控制方法和参数进行精心设计才能有效解决 含多台电能质量控制器的区域用电系统稳定性和优化配置问题迫切需要加以深入研究,卓放：西安交通大学电气工程学院,Thank You！,
