采用滯環(huán)比較控制方式的研究
高壓直流(HVDC)輸電系統(tǒng)在整流和逆變過程中會產(chǎn)生大量諧波,這些諧波既對線路沿線的音頻通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,又在電力系統(tǒng)內(nèi)部引起一些不良后果。傳統(tǒng)的解決辦法是在換流站的交流側(cè)與直流側(cè)并聯(lián)多組LC諧振型無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" title="無源濾波器">無源濾波器" 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(1)在音頻范圍(300Hz~3000Hz)內(nèi),直流有源濾波器對每次諧波都具有很強(qiáng)的抑制效果;
(2)要求抑制的等效諧波干擾電流越小,ADF的性能價格比越高;
(3)當(dāng)頻率發(fā)生變化或諧振失調(diào)時,ADF也能進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤補(bǔ)償,且不存在過載問題;
(4)占地少。
目前工程上多采用有源和無源混合型直流有源濾波器,這既可以降低ADF的絕緣水平,減少ADF的容量,充分發(fā)揮無源濾波器吸收大功率諧波電流的優(yōu)越性及有源濾波器抑制變化頻率和多次諧波電流的高效性等優(yōu)點(diǎn),達(dá)到最佳濾波效果和經(jīng)濟(jì)效益。
直流有源濾波器的濾波效果取決于它是否能準(zhǔn)確地跟蹤諧波電流并實(shí)時產(chǎn)生補(bǔ)償電流。這就要求直流有源濾波器不僅檢測精度好,還要求它動態(tài)響應(yīng)速度快,文獻(xiàn)[4]對跟蹤型PWM控制方式進(jìn)行了研究。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用滯環(huán)瞬時值比較方式的跟蹤效果最好。本文在直流有源濾波器中采用滯環(huán)瞬時值PWM比較方式,對該種控制方式的跟蹤和補(bǔ)償效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和仿真研究。
1直流有源濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成
高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的諧波電壓和諧波電流主要是12次、24次、36次……等,在系統(tǒng)中裝設(shè)有源濾波器可選擇兩種方式:串聯(lián)式或并聯(lián)式。本文的直流濾波器如圖1所示,由12/24次雙調(diào)諧無源濾波器與有源濾波器串聯(lián)組成混合型濾波系統(tǒng),并聯(lián)在直流母線之間。系統(tǒng)中將有源濾波器串接在無源濾波器底端,另一端接DC零線,以降低有源濾波器的絕緣水平。這里有源濾波器的作用是減小雙調(diào)諧濾波器在
高壓直流輸電用直流有源濾波器采用滯環(huán)比較控制方式的研究
諧振點(diǎn)的阻抗,提高其濾波效果,另外濾除無源濾波器不能濾去的其他次諧波(如對通訊線路干擾比較嚴(yán)重的18次諧波以及一些高次諧波),這些諧波分量含量比較小。
2直流有源濾波器的工作原理圖2給出了高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)的等效電路圖。圖中,為系統(tǒng)中的諧波電壓源,ZS為諧波源的內(nèi)阻抗,ZL為直流傳輸線阻抗,Zf為無源濾波器的阻抗(包括耦合變壓器的漏抗),為有源濾波器注入系統(tǒng)的諧波電壓源,該電壓源與直流母線上的諧波電流有關(guān)。由圖2可以看出,線路上的諧波電流由兩部分組成:由產(chǎn)生的諧波電流和由產(chǎn)生的諧波電流。由疊加原理可得,當(dāng)起作用時,線路上的諧波電流為:==·(1)當(dāng)起作用時,線路上的諧波電流為:==·(2)
從而線路上總的諧波電流為:=+=(3)通過檢測線路上的電流,輸出對有源濾波器的逆變器進(jìn)行PWM控制的信號,進(jìn)而得到補(bǔ)償線路上諧波電流所需的、有源濾波器注入系統(tǒng)的等效電壓源,設(shè)=-k(4)
由式(3)、(4)可以得到:=·(5)
由式(5)可以看出,當(dāng)k=0時,有源濾波器不起作用,線路上的諧波電流取決于無源濾波器的濾波效果;當(dāng)k>0時,有源濾波器與無源濾波器構(gòu)成混合型濾波器,共同抑制線路上的諧波電流。而且可以看出當(dāng)k足夠大時,線路上的諧波電流可以得到完全濾除。實(shí)際上k不可能做到足夠大,所以只能對諧波電流進(jìn)行一定程度的抑制和消除。
3直流有源濾波器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)上述有源濾波器工作原理分析,可以得到該有源濾波器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。通過電流檢測電路檢測出線路上的電流,經(jīng)過Butterworth低通濾波電路得到線路上的諧波電流信號,該諧波電流信號作為產(chǎn)生PWM控制信號的給定信號,與有源濾波器反饋信號相比較得出一偏差信號。滯環(huán)比較器根據(jù)該偏差信號得到控制主電路開關(guān)器件通斷的PWM信號,從而得到抑制線路諧波電流的電壓,達(dá)到有源濾波器抑制諧波的目的。
4采用滯環(huán)瞬值比較方式的直流有源
濾波器補(bǔ)償性能的仿真
本文采用本課題組開發(fā)的電力電子電路自動控制系統(tǒng)仿真軟件PECS來進(jìn)行仿真。該系統(tǒng)直流母線上電壓為500V左右,負(fù)載為電阻性負(fù)載,母線上電流為51A左右,控制電路中滯環(huán)比較器的環(huán)寬取輸入誤差信號(給定信號和反饋信號的差值)的5%左右。以下給出有源濾波器仿真結(jié)果。圖4為僅無源濾波器工作時線路上的電流波形和頻譜圖,圖5為無源、有源濾波器同時工作時線路上的電流波形和有源濾波器輸出的補(bǔ)償電壓波形以及電流波形的頻譜圖。
圖1混合型直流有源濾波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2直流有源濾波器等效電路圖
圖3直流有源濾波器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖4僅無源濾波器工作時線路上的電流波形及其頻譜圖
(a)線路上的電流波形(b)電流波形的頻譜圖
圖5無源、有源濾波器同時工作時的仿真結(jié)果
(a)有源濾波器輸出的補(bǔ)償電壓波形
(b)無源加有源濾波器時線路上的電流波形
(c)無源加有源濾波器時線路上的電流波形頻譜圖
圖6僅無源濾波器時的實(shí)驗(yàn)波形
圖7無源加有源濾波器時的實(shí)驗(yàn)波形
5采用滯環(huán)瞬值比較方式的直流有源濾波
器補(bǔ)償性能的實(shí)驗(yàn)研究
采用Tektronix公司TD340數(shù)字示波器,得到僅無源濾波器、無源加有源濾波器時的實(shí)驗(yàn)波形,分別如圖6及圖7所示。由圖可以看出,加了有源濾波器以后對消除低次諧波有明顯的作用,但是卻加大了高次諧波分量,這與仿真結(jié)果是一致的。
6結(jié)語
本文針對無源—有源濾波器的混合型濾波系統(tǒng),采用滯環(huán)瞬值比較方式得到PWM信號控制有源濾波器逆變器開關(guān)器件的通斷。文中分析了直流有源濾波器的工作原理,設(shè)計了相應(yīng)控制電路。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用滯環(huán)瞬值比較控制方式的直流有源濾波器動態(tài)響應(yīng)速度快,跟蹤效果好,對低次諧波補(bǔ)償效果明顯,但是卻增加了高次諧波的分量。該種控制方
高壓直流輸電用直流有源濾波器采用滯環(huán)比較控制方式的研究
式的最大缺點(diǎn)就是器件的開關(guān)頻率不固定,在這方面有待于進(jìn)一步研究。