SAPF安装点的选择及对邻近负载影响的分析
加入技术交流群
3 解决措施
SAPF补偿电流型谐波负载时，对邻近线性容性负载(无功补偿电容器组、无源滤波器组)和非线性容性负载(电容滤波型整流负载)的影响因素有系统阻抗Zs、容性负载交流侧阻抗ZL2、SAPF的补偿带宽。故在实际应用中，投入APF前需对现场负载环境及负载间的相对位置进行调查，必要时改变APF运行状态，从两方面避免其影响：
(1)通过改变系统参数，可使系统谐振频率分布在一个较合理的范围内，从而避免串并联谐振的发生。包含3种方法：①在负载交流侧串联3％～5％的电抗，可减缓谐波变化率，降低系统谐波，改变系统谐振频率，使其适合SAPF使用。但在实际工程中，串入一个大电抗不方便或不被允许，这时可通过改变运行方式，使易受影响的负载远离SAPF安装点；②实际中，负载交流侧电抗不足1％，使用SAPF达不到滤波要求。基于对偶原理，在负载侧并联一个大电容来改变系统谐振频率点，其作用与串联电抗相同。在工业现场仅需改变系统运行方式，改变无功补偿电容组或无源滤波器组投入的组数即可达到滤波要求；③为使负载电流峰值不放大，又可实现滤波要求，不串联大电抗、不并联大电容即可实现目标。在负载交流侧并联一个适当电容，在负载输入端串入一个小于1％的电抗，可改变系统谐振频率，抑制负载电流峰值放大，满足滤波和负载电流峰值不放大的要求。
(2)对SAPF进行改进，使原来的全带宽补偿变为有限带宽补偿，有选择谐波次数的补偿，无需滤波系统提供谐振激励源。
一般通过改变APF的谐波检测方法来改变滤波器的补偿带宽，目前实际中应用较广泛的是选择性检测方法，包括FFT法和多重DQ法。
4 仿真及实验
根据上述分析，对所提出的方法在Matlab／Simulink环境下建立仿真模型，系统参数：网侧引线电感Ls=5μH，负载侧引线电感Li=5μH，整流负载滤波电容Cdc=16 mF；LCL参数：L1=55 μH，L2=15μH，C=120μF，阻尼电阻R=0．1 Ω，开关频率fsw=7 kHz，并联无功补偿电容器C=0．47 mF。实验波形如图4所示。本文引用地址：//www.cghlg.com/article/175719.htm
图4a示出SAPF补偿相控整流负载后(触发角为30°)，对邻近容性非线性负载及电网电流造成影响的波形图。有源滤波的投入可很好地抑制相控负载的电流谐波，但其造成了整个电网电流谐波的增大，SAPF投入后容性非线性负载峰值电流由I 825 A增加到2 104 A。图4b示出SAPF补偿不可控整流负载(触发角为零)时，对邻近容性非线性负载及电网电流所造成影响的波形图。触发角带来的延时改变了相控负载电流谐波的相位，也影响了总电网电流的谐波分布。触发角为30°，APF未投入运行时，电网电流THD=14．8％，APF的投入破坏了平衡，使电网电流THD=28．4％；触发角为零时，电网电流THD=35．7％，APF投入后电网电流THD=24．6％。但容性非线性负载峰值电流由1798 A变为2 101 A。
相控整流负载中，触发角的存在会导致负载电流波形滞后，同时引入大量无功功率和切角，造成波形严重畸变。切角带来高电流变化率的谐波，会造成APF补偿困难。
进行了现场就近补偿200 kVA中频炉所产生的谐波和无功实验，中频炉为相控整流负载，其周围存在大量其他负载。现场需关注APF投入前后的影响。图5示出补偿前中频炉电源电流iL和补偿后电网电流is波形。可见，在无任何无功补偿电容的情况下，APF的投入易导致容性非线性负载过流损坏，实际现场中由于其在10 kV I母线和II母线间有12组无功补偿电容，改变运行方式后可可避免此问题。表1为补偿后is谐波及其THD，APF可很好地补偿谐波和无功，钳形表和人工监测显示邻近容性非线性负载变频器电流并无变化。
5 结论
针对实际应用中并联型有源电力滤波器对相邻负载及被补偿负载的影响进行研究，得到以下结论：①由于相控整流负载的频率变换效应，并联有源滤波器在补偿这类电流型谐波源时效果有限，且易引入频率扰动而影响其他负载；②并联型有源电力滤波器就近补偿电流型谐波源负载时，对邻近负载会造成谐波放大、峰值过流的问题，特别是对邻近的线性和非线性容性负载，故需选取合适的安装点；③可通过只补偿无功或限制带宽的方法，或改变现场的运行方式(利用存在的无功补偿电容器组)来减小甚至消除并联型有源电力滤波器对相邻负载或被补偿负载造成的影响。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。应用该方法可有效保证并联型有源电力滤波器运用在包含容性非线性负载场合时，负载交流侧电流峰值不增大，同时有效抑制电网中的谐波电流。
评论