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近年来,电力电子装置应用越来越普遍,因此电网中谐波分量迅速增加,当电力系统中出现高次谐波时,由于集肤效应的影响,系统中的铜损和铁损将显著增大,用电设备温度将上升,系统将过热。此外,高次谐波还可能产生负序分量,这就可能导致电机等设备的转矩反向从而造成电机卡死,引起电机的机械损伤和热耗。电压中的高次谐波可能导致电器设备的绝缘性能下降,绝缘水平降低,从而增加系统的介质损耗加,并进一步产生各种故障,谐波的危害可以用下面的框图简单表述:
对谐波的补偿技术,主要分为两大类:一类是改造谐波源,减少谐波的产生,此种方法比较被动,对于已有的设备来说作用不大;第二类为采用主动补偿的方法,针对已有的谐波进行补偿,常用的方法为无源滤波装置,有源滤波装置以及混合滤波器。在针对有源滤波,之前介绍过三相有源滤波器,本节针对单相电网中的谐波补偿进行介绍,即单相APF。其电路拓扑如下图所示:
与 三相APF相同,单相APF也是主要分为两部分:指令电流检测和补偿电流跟踪,在补偿电流跟踪环节,与三相APF完全一致,再次不再赘述,大家可以参考之前介绍的方法来进行跟踪。
单相谐波检测仍采用瞬时无功功率理论,由于单相线路只有一相电流,原来的方法并不适用,因此,检测的基本思路是:利用检测到的单相系统信号构造出一个虚拟的两相电路,然后利用瞬时无功功率理论解决问题。
设:系统电压Us(t),负载电流il(t)。
令:Iα(t)=Il(t)
其中,
得到。
综上,单相谐波检测整体控制框图如下:
采用simulink搭建单相APF仿真模型,直流电压参考值为400V,仿真结果如下:
上图三个图分别为补偿后电网电流、负载电流、APF补偿电流,从仿真结果对比可以看出,负载电流含有很大谐波,经过APF补偿后为正弦波,谐波电流得到补偿。
上面两个图分别为负载THD和补偿后电网电流THD,从仿真结果可以看出,补偿前电流THD为68.4%,补偿后为4.94%,达到并网要求。
上图为直流电压波形,从仿真结果可以看出,直流直流环可以很好控制直流电压。
综上仿真结果可以看出,本文的单相APF检测算法可以很好的对单相负载谐波电流进行补偿,并达到补偿目的。