鄭 瑜，王 剛，鄭 琦，李 勇，許 誼

（1.國(guó)網(wǎng)寧波供電公司，浙江 寧波 315000；2.國(guó)網(wǎng)金華供電公司，浙江 金華 321013）

0 引 言

有源電力濾波器（Active Power Filter，APF）是諧波抑制的一種有效手段，因其具有不易受系統(tǒng)阻抗變化影響、可選擇性濾除任意次諧波、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，成為近幾年的研究熱點(diǎn)[1]。雖然APF能補(bǔ)償一定的無(wú)功，但大容量補(bǔ)償還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此將APF與并聯(lián)電容器相結(jié)合組成混合補(bǔ)償系統(tǒng)（Hybrid Active Power Filter，HAPF）是一種可行性好、成本低的提高電能質(zhì)量的有效方法[2]。

但并聯(lián)電容器和電網(wǎng)阻抗會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成諧波放大，不僅影響APF的工作效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及并聯(lián)電容器本身及系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全可靠性[3]。因此，分析混合型有源電力濾波器的諧波放大問(wèn)題并提出有效的解決措施具有重要意義。

1 HAPF諧波放大的機(jī)理

對(duì)于混合型有源電力濾波器，諧波放大可能由并聯(lián)型有源濾波器引起，可能由并聯(lián)補(bǔ)償電容引起，也可能由兩者的共同作用引起。混合型有源電力濾波器諧波放大的機(jī)理主要有如下3種。

1.1 APF輸出電流畸變?cè)斐烧答?/h3>

有源電力濾波器諧波電流檢測(cè)主要包括負(fù)載側(cè)檢測(cè)和電網(wǎng)側(cè)檢測(cè)兩種，負(fù)載側(cè)電流檢測(cè)屬于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，其穩(wěn)定性嚴(yán)重依賴(lài)于各環(huán)節(jié)參數(shù)的精確匹配；電網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)屬于閉環(huán)系統(tǒng)，可有效提高APF系統(tǒng)的控制精度和魯棒性[4]。

但在檢測(cè)電網(wǎng)諧波電流的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，如果APF輸出電流發(fā)生畸變，則會(huì)導(dǎo)致諧波電流不斷放大，從而危及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因?yàn)楫?dāng)APF輸出電流在某次諧波頻率處發(fā)生相位相反的畸變時(shí)，系統(tǒng)由原來(lái)的負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)榱苏答?，使得該頻次的輸出電流不斷累加，從而導(dǎo)致諧波放大[5]。

1.2 并聯(lián)電容器與電網(wǎng)阻抗形成并聯(lián)諧振

并聯(lián)電容器與電網(wǎng)阻抗在特定頻率下會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振。忽略輸電線路中電容，則并聯(lián)電容器后，系統(tǒng)的n次諧波等效阻抗為：

其中，RSn為電網(wǎng)的n次諧波電阻；XSn為電網(wǎng)n次諧波電抗且XSn=nXS；XS為電網(wǎng)基波電抗；XCn為并聯(lián)電容器n次諧波電抗且XCn=XC/n，XC為并聯(lián)電容器基波電抗。

令XSn-XCn=0，即nXS=XC/n，則有諧振頻率：

其中，LS為電網(wǎng)電感，C為并聯(lián)電容。

1.3 諧振偏移

文獻(xiàn)[7]指出，電網(wǎng)側(cè)諧波電流分次補(bǔ)償時(shí)，其等效電路（忽略電網(wǎng)和并聯(lián)電容器的串聯(lián)電阻）相當(dāng)于在電路網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)了阻抗為L(zhǎng)S/kn的等效電感，則等效系統(tǒng)的諧振頻率為：

其中，LS為電網(wǎng)阻抗，C為并聯(lián)電容，kn為對(duì)n次諧波電流的反饋增益。

由于反饋增益kn會(huì)隨著積分器的累加逐漸從零趨于無(wú)窮大，由式（3）可知，當(dāng)APF的指定次補(bǔ)償電流頻率f小于kn=0時(shí)的諧振頻率fR時(shí)，等效系統(tǒng)的并聯(lián)諧振頻率會(huì)隨kn增大而升高，此情況下諧振點(diǎn)會(huì)不斷遠(yuǎn)離指定的補(bǔ)償諧波頻率，因此不會(huì)發(fā)生諧振；而當(dāng)APF的指定次補(bǔ)償電流頻率f大于kn=0時(shí)的諧振頻率fR時(shí)，由于等效系統(tǒng)的并聯(lián)諧振頻率隨著kn的增大而升高，使得諧振點(diǎn)不斷靠近指定的補(bǔ)償諧波頻率，在某一諧振點(diǎn)處就會(huì)發(fā)生諧振造成諧波放大。

2 HAPF諧波放大的抑制措施

針對(duì)諧波放大的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛研究出不同的解決方案。

2.1 串聯(lián)電感

對(duì)于并聯(lián)電容器與系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生的諧振，傳統(tǒng)方法是給并聯(lián)電容器串接一定電抗器，改變并聯(lián)電容器與系統(tǒng)阻抗的諧振點(diǎn)來(lái)抑制諧波放大。文獻(xiàn)[8]證明了可通過(guò)調(diào)節(jié)電抗率（并聯(lián)電容器中串入的電感與電容的比值）控制諧振頻率，使其盡量避開(kāi)所要補(bǔ)償?shù)闹C波電流頻率。但在實(shí)際電網(wǎng)中，由于電力諧波不穩(wěn)定，諧波大小和頻次會(huì)隨著負(fù)荷變化而改變，使得電抗率的選擇很復(fù)雜，不匹配的電抗率反而會(huì)損壞并聯(lián)電容器[9]。同時(shí)，這種方法只是改變了諧振系統(tǒng)的諧振點(diǎn)，實(shí)際電網(wǎng)系統(tǒng)比較復(fù)雜且時(shí)刻變化，當(dāng)負(fù)載諧波源或電網(wǎng)阻抗以及并入電網(wǎng)的電容器發(fā)生變化時(shí)，仍然可能發(fā)生諧振。

2.2 補(bǔ)償電流指令調(diào)節(jié)

根據(jù)APF的指定次補(bǔ)償電流頻率f與諧振頻率fR的大小關(guān)系，設(shè)置補(bǔ)償電流指令[7]。當(dāng)f＜fR時(shí)，檢測(cè)后的補(bǔ)償電流指令kd不變；當(dāng)f＞fR時(shí)，令補(bǔ)償電流指令kd取反。這樣可有效地抑制因諧振偏移帶來(lái)的諧波放大問(wèn)題。對(duì)于f在fR附近的情況，其檢測(cè)電流存在諧振峰，并且相位處于突變狀態(tài)，可以令補(bǔ)償電流指令kd=0，雖然這樣可以避免系統(tǒng)失穩(wěn)，但該頻率的諧波無(wú)法得到補(bǔ)償，影響補(bǔ)償精度。在諧振頻率附近的諧波可以在不改變補(bǔ)償指令的情況下通過(guò)諧振阻尼方法來(lái)進(jìn)行濾除。

2.3 諧振阻尼

3 結(jié) 論

并聯(lián)型有源濾波器與并聯(lián)電容器相結(jié)合的混合補(bǔ)償系統(tǒng)是提高電網(wǎng)諧波無(wú)功治理能力和穩(wěn)定性的有效方法，但是并聯(lián)型有源濾波器負(fù)載、電網(wǎng)阻抗、電容器等相互作用會(huì)產(chǎn)生諧波放大問(wèn)題。

綜合考慮技術(shù)及經(jīng)濟(jì)因素，在諧波放大抑制措施中，在負(fù)載處串入電感，適當(dāng)取反補(bǔ)償電流指令，構(gòu)造一個(gè)諧振頻率處的“虛擬電阻”串/并聯(lián)在系統(tǒng)中，以有效解決并聯(lián)型有源濾波器的諧波放大問(wèn)題，應(yīng)用前景較好。