第
卷 第
年
2
34
2015
期
2
月
电 工 电 能 新 技 术
Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy
Vol. 34
,
No. 2
Feb. 2015
三相电力电子负载谐波分析与抑制
宋鹏先1
2,李耀华1,王 平1,苏朝阳1
,
2,王 松1
,
,
2
( 1. 中国科学院电工研究所中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室,北京 100190;
2. 中国科学院大学,北京 100039)
摘要: 三相电力电子负载在系统不平衡或模拟不平衡负载、非线性负载的工况下,直流母线会包含
丰富的谐波电压,这些谐波分量通过 PWM 调制过程和电压外环控制器会引入到并网指令电流中,
导致馈网电流质量的下降。针对这一问题,根据瞬时功率理论,建立了三相电力电子负载功率平衡
方程,推导出三相电力电子负载在不同工况下直流母线谐波电压的表达式,揭示了负载模拟变换器
和并网变换器对直流母线电压的影响机理,并提出一种基于滞环控制的直流电压控制方案,以抑制
直流母线谐波电压对并网输出电流的影响,改善馈网电流的质量。仿真和实验都验证了理论分析
的准确性以及谐波抑制方法的有效性和可靠性。
关键词: 三相电力电子负载; 并网变换器; 直流母线; 滞环控制; 瞬时功率理论
中图分类号: TM46
文章编号: 1003-3076
文献标识码: A
02-0025-09
2015
(
)
1 引言
,
PEL
电力电子负载(
Power Electronic Load
) 因
其能够灵活模拟不平衡负载
非线性负载在内的多
、
种特性负载,被广泛应用于多种电源的出厂实验中;
其并网变换器将能量高效馈回电网,不仅为电源厂
商节约了大量能源,也符合国家节能减排的要求
。
目前研究工作主要为负载模拟变换器指令信号的产
],而对
生算法和快速无差的电流跟踪控制方法[
并网变换器馈网电流的质量提高以及双变换器协同
分析的研究较少[
1-5
6-9
]
。
10
12
,
11
文献[
]针对单相整流器的直流母线谐波
抑制,提出在电压外环输出环节加入低通滤波器或
陷波滤波器; 文献[
]通过建立单相电力电子负载
功率平衡方程,得到直流母线谐波电压的表达式,并
提出在电压环输出加入均值滤波器以抑制谐波电压
对输出电流的影响,然而均值滤波器按工频周期进
行调节,其系统响应速度最慢,需要加入其他前馈环
节进行补偿; 文献[
]针对单相电力电子负载,提
出了一种改进的陷波滤波器,能够滤除绝大部分谐
波电压,但是对于电流环的给定值会产生一个额外
13
14
的量,影响系统的控制效果; 文献[
]从负载模拟
变换器的不同工况入手,分析了直流母线谐波电压
产生的原因,然而忽略了馈网变流器侧对直流母线
的影响; 文献[
]根据互调理论,详细分析了背
靠背系统间谐波产生的原因,阐明了直流母线谐波
电压对输出电流的影响机理
15-18
ab
PEL
基于上述研究的成果和存在的问题,本文首先
根据瞬时功率理论,在静止坐标系
轴下建立系统
的功率平衡方程; 在
不同工况下,分析直流母
线谐波电压的产生原因以及分布情况; 为了抑制谐
波电压对馈网电流指令信号的影响,提出一种基于
滞环控制策略的直流电压环控制方法,并对电力电
子负载模拟不平衡负载和非线性负载两种工况,分
别进行了仿真分析和实验验证
。
。
2 三相 PEL 的系统功能与结构
三相
主要由负载模拟变换器(
Simulation
) 和并网变换器(
PEL
,
SC
) 构成,其主电路结构如图
为测试电源的相电压,
iLa
SC
侧的线路等效
Converter
,
GCC
,
,
esb
esc
verter
中,
esa
的三相输入电流,
r1
所示
,
iLc
Grid Connection Con-
1
,
iLb
分别为
。
为
图
和
SC
L1
1
收稿日期: 2014-09-23
十二五
基金项目: “
”
作者简介: 宋鹏先(
李耀华(
1986-
1966-
国家科技支撑计划重大项目(
2013BAG19B00-04-01
)
) ,男,辽宁籍,博士研究生,研究方向为大功率变流器
柔性交流输电;
) ,男,河南籍,研究员,博士生导师,博士,研究方向为电机与驱动控制
、
轨道交通牵引等
、
。
26
电 工 电 能 新 技 术
第
34
卷
u sa
为
电阻和输入电感;
,
u sb
的并网电流,
isc
r2
路等效 电 阻 和 输 出 电 感;
器
GCC
,
u sc
和
。
,
为电网相电压,
isa
侧的线
为 三 相 隔 离 变 压
分别为
,
isb
GCC
L2
△ / Y
iLa
SC
,
iLc
,
iLb
的主要功能是采用直接电流控制方式,让三
准确跟踪指令电流,从而灵活
相输入电流
模拟不平衡负载以及非线性负载在内的各种负荷;
的主要功能是将测试电能高效馈回电网; 三相
GCC
与电网电气隔离,避免
隔离变压器是用来确保
因为被试电源为非隔离电源可能造成的电气短路状
况发生
PEL
。
图
1
三相电力电子负载主电路结构
Fig. 1 Circuit of three-phase power electronic load
3 GCC 电压环控制器设计
GCC
。
SC
和
当
PEL
PEL
GCC
直流母线电容作为
直流端的储能元件,主
要作用是稳定直流母线电压,保障
的稳
定工作
工作在不平衡工况或者模拟非线
性负载工况下,直流电容可能含有谐波电压,这会直
电流环的跟踪精度,降低系统
接影响
因此本文将对直流电压谐波的产生原
的稳态性能
影响因素及其对交流电流的影响进行详细分析,
因
、
并提出相应的解决办法
。
3. 1 直流电容谐波分析
以及
GCC
SC
。
本文对三相
瞬时功率理论进行的,由文献[
的瞬时有功功率和瞬时无功功率可以分别定义为
19
直流电容谐波的分析是基于
]可知,电网输出
PEL
为电网输出电压和电流在
滞后
坐
电
坐标系下系统瞬时功
电角度
αβ
eβ
,
e'β
滞后
90°
αβ
,
eβ
90°。
,
iβ
e'α
eα
为了便于列写
式中,
和
iα
eα
标系下的分量;
角度
率平衡方程,首先对一些重要变量进行定义
侧的被试电源电压和输出电流分别为
)
)
)
)
)
)
(
(
eβ = E2 cos
(
(
(
(
e'β = E2 sin
iLα = I1 cos
ω1 t + φ2
ω1 t + φ3
eα = E1 cos
e'α = E1 sin
ω1 t + φ2
ω1 t + φ1
ω1 t + φ1
{
设
。
SC
(
)
3
(
)
4
iLβ = I2 cos
ω1 t + φ4
和
E1 、E2
为电源的角频率;
φ1 、φ2
为电源在
和
αβ
轴下的幅值和相
为电源输出
I1 、I2
轴下的幅值和相位
φ3 、φ4
。
αβ
侧的电网电压和输入电流分别为
式中,
位;
ω1
电流在
{
u'α = E3 sin
uα = E3 cos
(
(
uβ = E4 cos
(
(
u'β = E4 sin
(
(
isα = I3 cos
isβ = I4 cos
ω2 t + φ5
ω2 t + φ6
ω2 t + φ5
ω2 t + φ6
ω2 t + φ7
)
)
)
)
)
)
ω2 t + φ8
为电网电压在
φ5 、φ6
为电网的角频率;
αβ
I3 、I4
坐标系下的
为
和
φ7 、φ8
和
式中,
E3 、E4
幅值和相位;
ω2
电源输出电流在
αβ
,
I1 = I2
,
I3 = I4
π /2
E1 = E2
E3 = E4
PEL
若
和
,则
坐标系下的幅值和相位
,
φ1 - φ2 = π /2
,
。
以及
φ3 - φ4 =
,
φ7 - φ8 =
就是三相不
是三相平衡系统,反之
φ5 - φ6 = π /2
PEL
π /2
平衡系统
由图
。
1
建立系统瞬时功率平衡方程为
Pin = Pe - Pr1 - PL1
Pout = Pr1 + PL2 + Pu
(
)
5
(
)
6
(
(
(
)
)
)
7
8
9
p =
q =
(
(
3
2
3
2
eαiα + eβiβ
e'αiα + e'βiβ
)
)
(
(
)
)
1
2
)
1
式(
~
把式(
(
) :
11
4
Pin - Pout = C
) 代入式(
dudc
dt
) 和式(
Udc
7
) 得式(
8
10
) 和式
Pin =
3E1 I1
[
4
(
cos
φ1 - φ3
)
(
+ cos
2ω1 t + φ1 + φ3
]) +
3E2 I2
[
4
(
cos
φ2 - φ4
)
(
+ cos
2ω1 t + φ2 + φ4
]) +
3E1 I1
[
4
sin
r1
2
(
[
φ1 - φ3
)
(
+ sin
2ω1 t + φ1 + φ3
]) +
(
I2
1 cos
2ω1 t + 2φ3
)
(
+ I2
2 cos
2ω1 t + 2φ4
3E2 I2
[
4
]) +
(
sin
φ2 - φ4
)
(
+ sin
2ω1 t + φ2 + φ4
]) -
(
r1
2
I2
1 + I2
2
)
-
L1 ω1
[
2
(
I2
1 sin
2ω1 t + 2φ3
)
(
+ I2
2 sin
2ω1 t + 2φ4
])
(
)
10
第
2
期
宋鹏先,等: 三相电力电子负载谐波分析与抑制
27
3E3 I3
[
(
cos
φ5 - φ7
)
φ5 - φ7
+ sin
)
(
(
+ cos
2ω2 t + φ5 + φ7
]) +
3E4 I4
[
4
(
cos
φ6 - φ8
)
(
+ cos
2ω2 t + φ6 + φ8
]) +
2ω2 t + φ5 + φ7
]) +
3E4 I4
[
4
(
sin
φ6 - φ8
)
(
+ sin
2ω2 t + φ6 + φ8
]) +
(
r2
2
I2
3 + I2
4
)
+
(
I2
3 cos
2ω2 t + 2φ7
)
(
+ I2
4 cos
2ω2 t + 2φ8
]) -
L2 ω2
[
2
(
I2
3 sin
2ω2 t + 2φ7
)
(
+ I2
4 sin
2ω2 t + 2φ8
])
Pout =
3E3 I3
[
4
(
sin
4
[
r2
2
(
)
11
式(
) 两边对时间
求积分得式(
Udc0
为直流母线电压初始值,恒定的无功功率不会影响
12
9
t
) ,其中
母线的波动,这里暂不考虑这一部分
。
udc = Udc0 +
t
[3E1 I1
CUdc
4
(
cos
φ1 - φ3
)
+
I2
1 + I2
2
)
-
(
r1
2
(
r2
2
) ]
I2
3 + I2
4
+
1
CUdc
[3E1 I1
8ω1
3E2 I2
4
(
sin
(
cos
φ2 - φ4
)
-
3E3 I3
4
(
cos
φ5 - φ7
)
-
3E4 I4
4
(
cos
φ6 - φ8
)
-
2ω1 t + φ1 + φ3
)
-
3E1 I1
8ω1
(
cos
2ω1 t + φ1 + φ3
)
+
3E2 I2
8ω1
(
sin
2ω1 t + φ2 + φ4
)
-
3E2 I2
8ω1
(
cos
2ω1 t + φ2 + φ4
)
-
3E3 I3
8ω2
(
sin
2ω2 t + φ5 + φ7
)
+
3E3 I3
8ω2
·
(
cos
2ω2 t + φ5 + φ7
)
-
(
sin
2ω2 t + φ6 + φ8
)
+
3E4 I4
8ω2
(
cos
2ω2 t + φ6 + φ8
3E4 I4
8ω2
r2 I2
3
4ω2
L2 I2
4
3
r1 I2
2
4ω1
L1 I2
4
2
)
(
)
(
)
(
-
-
sin
sin
cos
2ω2 t + 2φ7
2ω1 t + 2φ4
2ω1 t + 2φ4
r2 I2
4
4ω2
L2 I2
4
,
E3
,为了分析方便,假
;
φ4 = θ - 90°
侧电流单位功率因数并网,一般情况下被试电
系统平衡时,即
,
I3 = I4 = Is
,
I1 = I2 = IL
,则
E1 = E2 = E
2ω2 t + 2φ7
φ2 = - 90°
) 当三相
φ3 = θ
以及
,则
PEL
cos
-
-
1
(
)
(
= E4 = U
设
φ1 = 0
GCC
源和电网电压不同步,设
90°
,
φ8 = φ - 90°
则式(
= ω2 = ω。
) 变为
12
φ5 = φ7 = φ
φ6 = φ -
,被试电源和电网电压频率相同
,则
sin
(
2ω2 t + 2φ8
)
-
1
L1 I2
4
(
cos
)
-
r1 I2
1
4ω1
sin
2ω1 t + 2φ3
(
)
2ω1 t + 2φ3
)
-
-
2ω2 t + 2φ8
由式(
14
受
SC
(
侧的影响
) 当
SC
3
4
(
cos
) ]
(
)
12
) 可知,此时直流母线的谐波电压主要
。
侧系统三相平衡,
GCC
衡,三相电压幅值不平衡时,即
,
I3 = I4 = Is
IL
;
φ7 = φ
,
φ3 = θ
,设
,
φ8 = φ - 90°
φ4 = θ - 90°
,
ω1 = ω2 = ω
E1 = E2 = E
侧三相电流平
,
I1 = I2 =
;
φ5 = 0
,则式(
,
12
φ6 =
) 变
ω1
- 90°
为
说明三相
PEL
~
u
)
系统平衡时,直流母线没有谐波
dc = 0
13
(
u~
dc =
1
[
-
CUdc
3E4 Is
8ω
(
cos
2ωt + φ
)
+
3E4 Is
8ω
·
电压
。
(
2
) 当
GCC
侧系统三相平衡,
SC
拟三相不平衡负载时,即
,
φ1 = 0
φ2 = - 90°
,
ω1 = ω2 = ω。
= I4 = Is
φ - 90°
E1 = E2 = E
,
φ5 = φ7 = φ
则式(
12
侧电源平衡,模
,
,
I3
E3 = E4 = U
,
φ6 =
) 变为
,依旧设
,
φ8 = φ - 90°
(
1
[3EI1
8ω
sin
CUdc
2ωt + φ3
)
-
(
cos
3EI1
8ω
2ωt + φ3
)
-
(
sin
)
2ωt + φ4
(
cos
2ωt + φ4
(
)
2ωt + 2φ3
sin
(
2ωt + 2φ4
sin
)
)
-
-
-
-
)
3EI2
8ω
r1I2
2
4ω
L1 I2
4
2
-
(
2ωt + 2φ3
cos
(
cos
2ωt + 2φ4
) ] (
)
14
~
u
dc =
3EI2
8ω
r1I2
1
4ω
L1 I2
4
1
(
sin
2ωt + φ
)
-
3E3 Is
8ω
(
cos
2ωt + φ
3E3 Is
8ω
) ]
(
sin
2ωt + φ
)
+
(
)
15
) 若被试电源和电网的频率不相同,当
(
4
两侧都不平衡时,由式(
SC
和
) 的结论可以
3
的谐波信号构
2
) 和式(
和
2ω2
2ω1
GCC
推得系统谐波主要由频率
成
。
(
) 当
5
次谐波导致的功率潮流,此时
模拟三相非线性负载时,先考虑电流
坐标
侧
SC
SC
αβ
中第
系下两相电压和电流分别为
n
{
eα = Ecos ω1 t
eβ = Esin ω1
t
(
)
16
电 工 电 能 新 技 术
第
34
卷
iα = I1 cos
iβ = I1 sin
(
(
ω1 t + φ1
ω1 t + φ1
)
)
(
+ Incos
(
+ Insin
)
nω1 t + φn
)
nω1 t + φn
28
{
Pr = r
(
PL =
其中,
n
则
为
,
3
,
4
,
5
,
6
,
……。
2
Pe = EI1 cosφ1 + EIncos
ω1 t + φn
(
)
I2
1 + I2
n
+ 2I1 Inrcos
n - 1
[(
)
n - 1
[(
ω1 I1 In - nω1 I1 In
)
[(
sin
(
17
] (
18
)
)
n - 1
)
)
(
19
ω1 t + φn - φ1
]
)
]
)
侧三相平衡,则直流
类
ω1 t + φn - φ1
20
(
有限
。
本文提出一种基于滞环控制的直流电压控制方
法,控制框图如图
所示
。
2
图
2 GCC
电压环的控制框图
Fig. 2 Control diagram of GCC voltage loop
2
为直流电压给定值,
Udcref
中,
为电压环输出作为
图
馈值,
压环控制器为滞环控制和
压环的滞环控制方式的表达式如下:
轴指令电流,
控制复合控制器
为电压反
电
电
Err_out
。
Udc
idref
PI
d
{
0
err < Vdead
err - Vdead
err > Vdead
(
)
22
err + Vdead
err < - V
dead
Vdead
当直流电压在
范围内波动时,直流电压滞
环控制器认为没有电压误差,保持原有电压环稳态
输出不变; 当直流母线电压误差超过设定的波动范
围,电压环滞环控制器开始调整
,减小或者增大
直流电压的电压值,从而将直流电压调校回正常范
围值之内
直流电压控制器采用滞环控制一方面提
高了并网电流的质量,另一方面还增强了系统的动
态响应速度
idref
。
。
4 仿真
4. 1 SC 模拟不平衡负载的仿真
1。
电路主要仿真参数见表
表 1 三相电力电子负载仿真参数
Tab. 1 Parameters of PEL for simulation
数值
参数
电网线电压
被试电源线电压
L1 / mH
L2 / mH
直流母线电容
开关频率
/ kHz
C / mF
380V /50Hz
380V /50Hz
2
3
3
10
3
SC
为
图
模拟三相不平衡负载的仿真波形
。
由直流母线电压和馈网电流频谱分析结果可知,母
线电压除了含有直流分量,主要包含基波二次分量;
而馈网电流除了包含基波分量,还有幅值较大的三
次谐波,其
为
THD
4. 86% 。
当电压环加入滞环控制后,
侧馈网电流波
GCC
为了简化分析,假设
GCC
电容上的谐波电压将不受该侧功率潮流的影响
似式(
) ,同样可得
。
12
~
Δ u
dc =
1
CU
dc
{
(
EIn
n - 1
)
ω1
[(
sin
)
n - 1
]
ω1 t + φn
-
Err_out =
(
2rInI1
)
n - 1
ω1
[(
sin
)
n - 1
ω1 t +
]
φn - φ1
+
[(
cos
)
n - 1
ω1 I1 In - nω1 I1 In
(
)
n - 1
ω1
ω1 t + φn - φ1 }]
·
(
)
21
n
21
式(
n - 1
) 表明交流侧电流中的第
致直流母线中出现(
值与电流幅值成正比,与直流侧电容容抗
直流分量
n - 1
统,非线性电流一般只包含
流电压中将会产生
次谐波将导
) 次频率的谐波分量,其幅
直流电压
、
对于三相系
等奇次谐波,故直
谐波次数(
、
等偶次谐波
) 成反比
3、5、7
。
2、4、6
。
流母线的谐波电压经过
制器进入到并网指令电流,形成间谐波
线受
包含
当被试电源频率和网侧电压频率不相同时,直
调制过程和电压环控
若直流母
频率的谐波,则输出电流将
,
3
可见,直流电容的谐波电压将会影响并网输
2nω1
的 低 频 间 谐 波 分 量,
| 2nω1 ± ω2 |
影响产生
n = 1
PWM
,
2
SC
。
……。
出电流的质量
3. 2 并网变换器电压环控制策略
。
通过上面的分析可以知道,直流母线的谐波电
压会导致馈网电流质量下降,可以采用在电压环的
输出环节加入滤波器的方法,抑制谐波电压对并网
然而,低通滤波器存在严重的不
指令电流的影响
足,会极大地削弱系统带宽,使得系统动态性能变
差; 均值滤波器是按照工频调节的,响应速度最慢,
需要加入前馈补偿环节; 陷波滤波器只对单一频率
的谐波 有 滤 除 作 用,频 宽 很 窄,因 而 其 应 用 范 围
。
第
2
期
宋鹏先,等: 三相电力电子负载谐波分析与抑制
29
图
4
SC
模拟不平衡负载工况下馈网
电流
含滞环控制
—
Fig. 4
Simulation waveforms with hysteresis control
in unbalanced condition
模拟不平衡负载工况的
图
3
SC
仿真波形
无滞环控制
—
Fig. 3
Simulation waveforms without hysteresis control
in unbalanced condition
形如图
据
FFT
所示
电流的正弦度得到很大的改善,依
4
分 析 结 果 可 知,三 次 谐 波 含 量 大 大 降 低,
。
降低到
THD
4. 2 SC 模拟三相非线性负载的仿真
2. 89% 。
(
SC
a
(
图
5
波形; 图
(
c
GCC
次谐波分量,
5
) 表明
) 为
) 表明母线电压包含
模拟三相非线性负载工况的仿真
次谐波; 图
次和
相馈网电流含有较大的
为
,畸变较严重
次
侧
、4
A
2
3
b
THD
8. 93%
为电压环加入滞环控制后,
由
相输出电流的
次 谐 波 含 量 大 大 减 少,
A
FFT
GCC
。
侧馈网电
分析结果可知,其
提 高 到
THD
5
5
图
流波形
次 和
3
6
。
5
2. 99% 。
SC
以上仿真结果说明,当
模拟三相不平衡负
载和非线性负载时,由于母线谐波电压对电压环输
出的影响,导致馈网电流质量下降; 然而电压环采用
滞环控制后,能够明显改善馈网电流质量
4. 3 被试电源和网侧电压频率不相同的仿真
,
SC
50Hz
,网侧电压频率
被试电源频率
60Hz
的
。
图
5
SC
模拟非线性负载工况的仿真波形
无滞环控制
—
Fig. 5
Simulation waveforms without hysteresis control
in nonlinear condition
30
电 工 电 能 新 技 术
第
34
卷
图
6
SC
模拟非线性负载工况的仿真波形
含滞环控制
—
Fig. 6
Simulation waveforms with hysteresis control
in nonlinear condition
工况同
节
。
4. 2
此时仿真波形如图
所示
。
7
图
8
直流母线
、SC
侧电流和
GCC
Fig. 8
Spectrum analysis results of DC bus
current and grid current
图
7
被试电源频率不同于网侧电压频率
仿真波形
—
无滞环控制
Fig. 7
Simulation waveforms of different frequencies without
hysteresis control
侧电流频谱分析
,
simulation
8
由图
可以知道,
; 直流母线主要包含
180Hz、300Hz
波; 由
侧
侧电流的主要谐波频率为
谐
相电流频谱可知,除了包含基波
120Hz、240Hz
SC
A
GCC
分量外,还含 有 间 谐 波
分量
50Hz
290Hz
70Hz、170Hz、190Hz、
满足前文分析得到的结论
。
可知,电压环采用滞环控制后,馈网电流
。
由图
9
的间谐波含量减少,
2. 42% 。
仿真结果说明这种直流母线电压谐波抑制方法同样
适用于被试电源和网侧电压频率不相同的工况
降低到
4. 15%
THD
由
。
图
9
被试电源频率不同于网侧电压频率仿真波形
含滞环控制
—
Fig. 9
Simulation waveforms of different frequencies
with hysteresis control
第
2
期
5 实验
宋鹏先,等: 三相电力电子负载谐波分析与抑制
31
实验样机平台上,本文同样进行了实
后者的电流波形更加平滑,正弦度更好,三次谐波含
量明显减少,
降低到
由
THD
5. 2%
4. 28% 。
在
33kVA
验验证,实验平台参数同表
1。
SC
模拟的不平衡负载工况与
节一致,其实
可以看到直流母线电压明显
4. 1
验波形如图
有
10
倍频波动
2
。
所示
。
图
12
SC
模拟不平衡负载工况的电流波形
含滞环控制
—
Fig. 12 Experiment waveforms with hysteresis control
in unbalanced condition
图
为
13
节仿真工况一致
模拟非线性负载工况的实验波形,
可以看到直流母线电压主
SC
与
4. 2
要包含
。
次
、4
2
次谐波
。
图
10
SC
模拟不平衡负载实验波形
Fig. 10 Experiment waveforms in unbalanced condition
11
图
相电流的频谱; 图
A
馈网电流波形及
是电压环无滞环控制的馈网电流波形及
是电压环加入滞环控制后的
从实验结果看,
12
相电流的频谱
A
。
图
11
SC
模拟不平衡负载工况的电流波形
无滞环控制
—
Fig. 11 Experiment waveforms without hysteresis control
in unbalanced condition
图
13
SC
模拟非线性负载实验波形
Fig. 13 Experiment waveforms in nonlinear condition
图
14
相电流的频谱; 图
A
网电流波形及
是电压环无滞环控制的馈网电流波形及
是电压环加入滞环控制的馈
从实验结果看,前
相电流的频谱
15
A
。
32
电 工 电 能 新 技 术
第
34
卷
者电流畸变很严重,
波形质量更高,
为
THD
降低到
THD
,而后者的电流
14. 69%
4. 8% 。
6 结论
。
PEL
本文基于瞬时功率理论,建立了三相
功率
平衡方程,推导了不同工况下直流母线谐波电压的
表达式,揭示了负载模拟变换器和并网变换器对直
流母线的作用机理
由于直流母线上的谐波电压会
影响输出电流的质量,为了解决这一问题,提出了一
种基于滞环控制的电压环控制策略,以提高馈网电
仿真和实验证明了理论分析的准确性以
流的质量
及谐波抑制方法对并网电流质量提高的有效性
此
外,本文的研究成果对于背靠背变流器直流电容的
选择有一定指导意义
。
。
。
参考文献 ( References) :
[
1
]王成智,许赟,邹旭东,等 (
,
Xu Yun
采用改进重复控制器的大功率
Wang Chengzhi
,
,
)
.
Zou Xudong
et al.
电力电子负载 (
power electronic load
Improved repetitive control scheme for
) [
]
J
.
) ,
中国电机工程学报 (
,
) :
(
12
1-9.
Pro-
Wu Zhenxing
Wang
一种三相电力电子负载
,
ceedings of the CSEE
29
] 吴 振 兴,王 翔,邹 旭 东,等 (
2009
,
Xiang
Zou Xudong
的电 流 控 制 方 法 (
,
et al.
)
.
three-phase power electronics load
学报 (
Proceedings of the CSEE
A novel current control method for
中国电机工程
,
]
) [
J
.
) ,
) :
(
2010
30
30
7-
图
14
SC
模拟非线性负载工况的实验波形
无滞环控制
—
Fig. 14 Experiment waveforms without hysteresis control
in nonlinear condition
图
15
SC
模拟非线性负载工况的实验波形
含滞环控制
—
Fig. 15 Experiment waveforms with hysteresis control
in nonlinear condition
上述实验结果表明,在这两种工况下,直流母线
除了含有直流分量,还包含丰富的谐波电压,会对馈
网电流造成不利的影响; 电压环采用滞环控制,能够
使并网电流波形更加平滑,极大提升了电力电子负
载馈网电流的质量
。
[
2
[
3
[
4
[
5
[
6
13.
] 李 芬,邹 旭 东,王 成 智,等 (
基于双
)
,
Wang Chengzhi
电子负载研究 (
et al.
.
Li Fen
PWM
,
,
Zou Xudong
整流器的交流
Research on AC electronic load for tes-
(
)
ting AC power based on dual single-phase PWM convert-
) ,
高 电 压 技 术 (
High Voltage Engineering
er
) [
]
J
.
,
34
2008
) :
5
930-934.
] 潘诗锋,赵剑锋,王浔 (
,
,
Pan Shifeng
Zhao Jianfeng
大功率交流电子负载的研究 (
Wang Xun
.
high power AC electronic load
(
]
) [
J
.
) ,
,
]吴振兴,邹云屏,张哲宇,等 (
Power Electronic Technology
2006
40
(
1
) :
,
,
,
Zhang Zheyu
ping
电流自适应预测控制器研究 (
et al.
.
)
单相
Wu Zhenxing
Zou Yun-
整流器的输入
PWM
Adaptive predictive con-
97-100.
Research of
电 力 电 子 技 术
troller of supply current applied in single-phase PWM rec-
tifier
]
) [
J
.
电工技术学报 (
,
]李芬,邹旭东,邹云屏,等 (
trotechnical Society
2010
) ,
,
Yunping
阻抗分析 (
et al.
)
.
并网
LCL
Transactions of China Elec-
(
) :
2
25
73-79.
,
Li Fen
滤波的
Zou Xudong
Zou
整流器输入
PWM
,
Input impedance analysis of LCL-filter PWM
rectifier connected to grid
]
) [
J
.
电工技术学报 (
) ,
Trans-
,
25
2010
actions of China Electrotechnical Society
(
) :
1
97-103.