韓衛(wèi)華

（江蘇蘇華達(dá)新材料有限公司，江蘇 宿遷223800）

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們對供電質(zhì)量的要求也越來越高［1－2］。玻璃生產(chǎn)廠存在大量的電力電子設(shè)備，這些設(shè)備在日常運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一定的諧波，從而大大縮短其使用壽命。因此，通過諧波治理來提高玻璃生產(chǎn)商的競爭力，成為各廠家關(guān)注的問題，有必要對其進(jìn)行研究。

本文通過對江蘇蘇華達(dá)新材料有限公司玻璃生產(chǎn)線的調(diào)研，根據(jù)玻璃廠非線性負(fù)載裝機(jī)容量的實際情況，確定了包括APF容量、交流濾波電感、直流母線電容等在內(nèi)的元器件參數(shù)，設(shè)計了基于比例多諧振PR調(diào)節(jié)器的諧波電流控制環(huán)路。最后在Matlab／Simulink軟件平臺上搭建APF諧波補(bǔ)償系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果證明，系統(tǒng)諧波治理效果良好，為玻璃廠實際的諧波治理提供了參考。

1 諧波檢測算法

式中，C32為a—b—c坐標(biāo)系到α—β坐標(biāo)系的Clark變換。經(jīng)過C變換，有功及無功電流為：

經(jīng)過低通濾波器后得到有功及無功電流中的直流量，三相靜止a—b—c坐標(biāo)系中基波電流值為：

基波電流值與負(fù)載電流相減可得APF所需補(bǔ)償?shù)闹C波電流參考值。

2 諧波電流跟蹤控制

在三相靜止坐標(biāo)系中建立APF主電路輸出電流的微分方程［3］：

變換到兩相旋轉(zhuǎn)d—q坐標(biāo)系為：

本文采用多諧振PR控制器跟蹤諧波電流，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為：

3 仿真分析

江蘇蘇華達(dá)新材料有限公司玻璃生產(chǎn)線最大裝機(jī)功率為8 000kW，相電壓有效值220V條件下單相最大基波負(fù)載電流有效值為12 000A。對于諧波畸變率約為30%的三相不控整流負(fù)載，按最大裝機(jī)功率設(shè)計APF容量，則需要APF單相最大輸出電流有效值為3 600A，三相總?cè)萘繛? 400kVA。

交流側(cè)濾波電感選型依據(jù)以下經(jīng)驗公式：

式中，直流母線電壓Udc＝800V；開關(guān)頻率fs＝20kHz；最大輸出電流有效值I＝3 600A；輸出電流紋波系數(shù)dIm＝10%。

APF交流側(cè)電感取10μH。

直流母線電容選取參考文獻(xiàn)［4］，其表達(dá)式為：

式中，三相 APF容量S＝2 400kVA；Udc為直流母線電壓；ΔU為直流母線電壓波動，這里取10V。

經(jīng)計算，APF直流母線電容值取400mF。

本文用Matlab／Simulink建立APF補(bǔ)償系統(tǒng)模型。諧波負(fù)載及APF主電路參數(shù)如表1所示。

表1 APF補(bǔ)償系統(tǒng)參數(shù)

圖1（a）所示為半負(fù)載條件下投入APF前后A相電流波形。當(dāng)t＝0～0.04s時，電流 THD為28.67%。t＝0.04s時投入APF，t＝0.10s以后A相電流THD為1.21%，滿足諧波畸變率小于5%的要求。

圖1（b）所示為投入APF條件下負(fù)載由半載變?yōu)闈M載時A相電流波形。t＝0～0.04s時，THD為1.21%。t＝0.04s時由半負(fù)載切為滿負(fù)載運(yùn)行，t＝0.06s以后電流THD為0.93%。

圖1（c）所示為投入APF條件下滿負(fù)載運(yùn)行時APF直流母線電壓波形。穩(wěn)態(tài)時直流母線電壓穩(wěn)定在800V左右，最大波動電壓為8V，符合設(shè)計初ΔU＜10V的要求。

圖1 仿真波形

該公司生產(chǎn)玻璃日產(chǎn)量20 000重箱，出廠價格80元／重箱，未進(jìn)行諧波治理時，由于電能質(zhì)量對玻璃生產(chǎn)質(zhì)量的影響，玻璃出廠平均價格折損1%，因此通過諧波治理，可為公司減少月?lián)p失48萬元，減少年損失576萬元，大大提高了生產(chǎn)效益。

4 結(jié)語

本文根據(jù)玻璃廠非線性負(fù)載裝機(jī)容量實際情況，設(shè)計了元器件參數(shù)。采用基于PR調(diào)節(jié)器的控制方法，仿真結(jié)果表明，該控制算法跟蹤精度高、響應(yīng)速度快。投入基于該控制算法的APF達(dá)到了良好的諧波治理效果，為玻璃廠實際諧波治理提供了參考。

［1］王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，等.諧波抑制與無功功率補(bǔ)償［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

［2］林海雪.電能質(zhì)量指標(biāo)的完善化及其展望［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2014，34（29）：5 073～5 079

［3］徐德鴻.電力電子系統(tǒng)建模及控制［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

［4］張國榮.有源電力濾波器直流側(cè)電容的選擇方法［J］.電測與儀表，2010，47（12）：1～3，64