SAPF安裝點的選擇及對鄰近負載影響的分析

摘要：針對實際工業現場中并聯型有源電力濾波器(SAPF)的廣泛應用，分析并推廣了相控整流負載的頻率變換效應，采用等效電路分析方法，闡述了SAPF在進行諧波和無功補償時對鄰近負載、無功補償電容器組、無源濾波器組等的影響。闡述了各種負載組合條件下，SAPF投入前后系統的性態，同時介紹了相應的對策及最優安裝點的選擇。該方法可有效保證SAPF運行在各種負載場合，使負載交流側電流峰值不增大，同時有效抑制了電網中的諧波電流。仿真和實驗結果證明了所提方法的正確性和可行性。
關鍵詞：有源電力濾波器；容性負載；諧波源

1 引言
SAPF具有便于工程安裝及維護等優點，得到廣泛研究及應用。但SAPF適合補償電流型諧波，不適合補償電壓型諧波。而實際工業環境非常復雜，含有各種負載，如電感濾波型不可控整流負載、相控型整流負載、電容濾波型不可控整流負載以及其他風機、水泵等電機型負載。此外在系統中有無功補償電容支路，5次、7次等無源濾波器支路。目前的研究均集中在各種諧波提取方法、系統控制方法等APF的本體控制上，很少有應用層面的分析方法。SAPF在工業現場的應用不僅需考慮其對被補償對象的影響，還需考慮其對電網中其他相鄰或相連負載可能造成的不利影響。
這里在分析了整流負載的頻率變換效應后，深入分析了SAPF就近補償電流型諧波源時對臨近負載的影響機理，提出了通過改變運行方式和SAPF控制策略來抑制諧波影響的方法，仿真和現場應用結果驗證了所提方法的正確性和可行性。

2 系統分析
2．1 整流橋的頻率變換特性分析
圖1示出相控整流負載電路結構，則直流電壓和交流相電流瞬時值可表示為：

式中：ua，ub，uc為整流負載交流母線三相交流電壓瞬時值；id為直流電流瞬時值；ud為直流電壓瞬時值；Sua，Sub，Suc分別為a，b，c三相電壓開關函數；Sia，Sib，Sic分別為a，b，c三相電流開關函數。

通常，交流母線電壓含有大量諧波，且不平衡，將三相交流電壓用對稱分量形式表示為：

式中：ωx為任意值，不限于為ω0的倍數，ω0為電網額定頻率；αkx為初始相角；k=-1，0，1，k=-1為負序，k=0為零序，k=1為正序。
對開關函數進行傅里葉變換，將式(2)代入式(2)中第1式，可以得到交流正序、負序電壓諧波在直流側引起的擾動，而零序電壓則不會引起擾動。

可見，交流側頻率fx的諧波電壓擾動將在直流側產生頻率為fd的諧波電壓，fd=fx±(6k±1)f0，f0為系統額定運行頻率。
考慮直流電流的小擾動，如因SAPF補償而引入的直流側小擾動：
id=Idmcos(ωdt+φd) (4)
式中：Idm為直流側小信號幅值；ωd為直流側小信號角頻率；φd為相應的初始相角。