逆变器直流侧有源滤波器对不平衡与非线性负载的补偿

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1、逆变器直流侧有源滤波器对不平衡与非线性负载的补偿

2、第1摘要：介绍了一种逆变器直流侧有源滤波器系统，这个系统对消除逆变器输入端子处，由于不平衡与非线性负载引起的脉动电流是有效的。对于三相四线逆变器，在中性线中的零序电流也同样被消除。本系统具有响应速度快、效率高的特点。在较高不平衡或非线性负载时，也不需要过大的容性kVA。经分析，仿真和实验表明，这种直流侧有源滤波器系统是有效的。关键词：逆变器；有源滤波器；补偿1引言一项调查表明，很多三相变频电源，在使用过程中都不同程度地向不平衡负载或非线性负载供电。当逆变器带不平衡或非线性负

3、载时，会使直流输入电流出现两倍于逆变器工作频率的脉动分量。滤除这种二次谐波分量有两个办法；一是采用L、C无源滤波器，二是采用有源滤波器。采用无源滤波器的缺点是体积、重量大，价格昂贵、运行费用高，动态特性和过渡过程跟踪精度差，有时还可能引起系统振荡。采用有源滤波器的优点是：——对各次谐波都能衰减，对低次谐波抑制更容易；——能补偿频率变化和失真效应，能提高系统的稳定性和动态响应速度；——滤波效果好，费用低；——仅对谐波（纹波）起作用，相对容量小；——体积、重量小，效率高。有源滤波器有两种，一种是串联式，另一种是并联式，前者抑制

4、的是纹波电压，后者抑制的是纹波电流。并联有源滤波器是通过把谐波源产生的谐波电流分离出来，用有源滤波器产生的电流进行抵消达到抑制直流纹波的目的。因此，并联有源滤波器更适合于消除不平衡负载或非线性负载引起的二次谐波电流分量。仿真与实验结果表明，滤波效果非常显著。为了加强滤波效果，P.Enjeti和S.Kim在文献[2]中提出采用综合滤波技术，即对于三相三线逆变器采用L、C无源滤波与单相全桥直流并联有源滤波两级滤波；对于三相四线逆变器，除了采用上述两级滤波外，又加入了一级单相半桥式直流并联有源滤波器，形成三级滤波。500)thi

5、s.style.ouseg(this)">图2三相三线逆变器的直流侧有源滤波器电路2对于三相三线逆变器采用输出滤波器的三相三线逆变器如图1所示。当采用P控制方式时，三个对称开关函数（接口信号）的傅里叶级数展开式为S控制，当n=3，5，7，11，13…时，可以令An=0，逆变器输出线电压为Un==Udc·（2）式中：Udc为直流电压。逆变器的三相输出线电压可以由式（2）得到，逆变器的输入电流为Iin=I1＋I2＋I3（3）式中：I1=S控制方式，滤波器的工作频率和后面的逆变器工作频率相同，则滤波器P、Q两点之间的电压为：UP

6、Q=Bnsinn(ωt＋)（10）对于P调制，当n=3，5，7，11，13…时，可以令Bn=0。滤波器电流IPQ可以认为接近于正弦。电压UPQ的谐波被电感L充分衰减到零，因此当n=1时由式（10）可得：IPQ·sin(ωt＋－)（11）电感L中的电阻非常小，可以认为等于零，则IPQ滞后于UPQ接近90°。由式（4）计算滤波器的输入电流，此电流由构成滤波器的单相全桥逆变器获得，即式（9）。由此可得到有源滤波器的输入电流表示式为：Iin.f=·cos(2ωt＋2＋)（12）因此，有源滤波器对不平衡负载（例如C相断开）的

7、补偿，必须用式（12）来抵消逆变器输入端式（8）Iin中的cos(2ωt＋θ＋)分量。当完全补偿时，由式（12）和式（8）中的二次谐波分量相等可得：cos(2ωt＋2＋)=cos(2ωt＋θ＋)由此式解出=，B1=（13）2＋=θ＋，=－（14）由此，只要有源滤波器依据式（13）和式（14）工作，就可以达到消除式（8）中二次谐波脉动分量的目的。此时逆变器的输入电流为Ii=Iin＋Iin.fcos(θ－)（15）式（15）表明，对于“C相断开”这样的不平衡负载所引起的，式（8）中Iin所含的二次谐波分量，在直流输入电

8、流Ii中被有效地消除了，达到了补偿目的。由于其它形式的不平衡负载或非线性负载对直流输入电流的影响与“C相断开”不平衡负载相同[3]，故用直流侧有源滤波器方法，同样也可以达到补偿目的。直流侧有源滤波器的控制电路框图如图3所示。采用的是两态滞后电流跟踪控制。把基准电流Iref≡0与直流输入电流Ii的偏差，经高通滤波器滤掉直流分量后，作为两态滞后比较器的输入，由输出来控制S7～S10的通断，使Iin.f跟踪消除Ii中的二次谐波分量。23仿真结果仿真结果如图4、图5和图6所示。图4表示的是（b)线电流ia的波形（c)输入电流ii

9、n的波形（d)输入电流iin的频谱500)this.style.ouseg(this)">图4图2逆变器的电压和电流波形（a)输出电压uab的波形图2逆变器的电压和电流波形，其中图4（a）为输出电压uab的波形；图4（b）为线电流ia的波形；图4（c）为输入电流iin的波形；图4（d）为电流iin的频谱