獨立電源系統有源濾波器諧波和無功電流補償策略研究

① 當諧波電流次數補償優先級功能開啟時，有源濾波器首先補償優先級高的諧波電流。該電流完全補償后，如果有源濾波器還未達到其限流輸出，有源濾波器再依次補償優先級較低的諧波電流，最終使有源濾波器的輸出達到限流補償狀態。

② 當諧波電流次數補償優先級功能關閉時，有源濾波器補償所選擇次數的諧波沒有先后之分。將所有選擇的諧波電流乘以一個小于1的比例系數，保持有源濾波器工作在限流補償狀態，因此所選的諧波不能被完全補償。

(3)諧波電流的全部補償

諧波電流全部補償，相當于在諧波電流部分補償時，將所有能夠補償的諧波電流全部選中。在該補償狀態下，如果將優先級功能打開，首先必須認為將所有次數諧波按照補償優先級別高低進行分類。而后，有源濾波器根據諧波補償次數的優先級別，首先補償優先級較高的諧波電流，而后再補償優先級次之的諧波電流，直到有源濾波器達到設定的限流輸出值。因此，在工業化應用過程中，可以實現將有限的輸出功率補償用戶需要補償的諧波電流，以便用戶在有源濾波器的諧波電流補償功能與線路中其它設備補償功能之間得到更好的匹配。

3.1.2 單獨補償無功電流

有源濾波器補償獨立電源系統中的無功電流，當有源濾波器設定的限流輸出值大于需要補償的無功電流時，電源中的無功電流能夠被完全補償。當有源濾波器設定的限流輸出值不能滿足全部無功功率補償時，需要將無功電流乘以比例系數kq再進行補償。此時，有源濾波器處理單元根據提取出無功電流不斷計算比例系數kq，并在補償過程中實時更新。其數學表達式為：

(4)

式中：Iout-q表示有源濾波器單獨補償無功時的輸出補償電流;Iq為非線性負載中的無功電流;Iq-ms為非線性負載中無功電流的有效值;k為有源濾波器額定補償功率百分比;IAPF為有源濾波器額定補償電流有效值。

3.1.3 諧波和無功電流同時補償

獨立電源系統有源濾波器，在諧波和無功電流同時補償時有3種策略可以選擇：諧波補償優先、無功補償優先和二者優先級相同。諧波補償優先時，首先優先補償電源系統中的諧波電流，當補償需要的諧波電流后，如果有源濾波器還未達到限流補償狀態，即有源濾波器還有一定剩余的補償容量，將其用于補償系統的無功功率。無功補償優先時，即當有源濾波器在補償過程中，其補償功率首先用于電源系統的無功電流補償，而后，如果補償系統還有剩余的補償容量，則補償電源系統中的諧波電流。諧波補償和無功補償優先級相同時，當有源濾波器的補償容量滿足二者全部補償時，直接將二者同時輸出補償即可。否則，電源中的諧波和無功電流不能得到全部補償，補償電流需要乘以比例系數后再注入電網。

3.2 新型策略的補償性能分析

針對該新型補償策略的補償性能，現以補償電源中的諧波電流為例加以說明。如果電源系統接入非線性負載后，電源電流為380A，電源的總諧波電流畸變率THDi=32%。計算得出負載電流中的基波電流為362A，統計(2~25)次諧波內的諧波電流，其中5次、7次、11次、13次、17次諧波含量較大，其電流畸變率及諧波電流值如表1所示。

表1 非線性負載電流、畸變率及其各次諧波含量

如果設置諧波電流全部補償，則需要有源濾波器的補償電流為116A。由于有源濾波器的補償能力僅為100A，諧波電流不能被全部補償。對該表中所列次數的諧波電流進行分次補償，且各次諧波電流之間沒有優先級。補償電流為其實際需求的90.7%，各次諧波電流的補償電流、剩余電流及其諧波百分含量如表2所示。

表2 無優先級時，所選次數的諧波全部補償電流及補償后其各次諧波含量

由表2可知，經過無優先級的補償后，仍有部分次諧波電流超過國家標準。當假設優先級順序按照表2中由前至后，5次諧波電流優先級最高，17次優先級最低。利用本文提出的方法經過補償后得到結果如表3所示。

表3 通過優先級算法后，需要補償諧波電流的補償效果表

比較表2和表3可知，固定補償容量的有源濾波器通過優先級補償算法后，各次諧波電流得到了有效的補償，且均達到了規定標準，使得有源濾波器有效的補償電流容量，在需要補償的各次諧波電流中得到了更好的分配和合理的利用。同時，也方便用戶實現對固定次諧波電流的有效濾除功能。同樣，在單獨補償無功電流以及諧波和無功電流同時補償時，本文提出的補償策略均發揮了較好的補償效果。

3.3補償策略的軟件實現

有源濾波器的補償策略軟件控制部分通過DSP實現，其補償策略的選擇框圖如圖2所示。由圖中可以得知，針對不同的應用場合，有源濾波器選擇不同的補償策略，不但能夠很好地滿足實際工況的需求，并可提高有源濾波器的補償效益。

圖2 有源濾波器的補償策略框圖

針對有源濾波器工作在諧波和無功電流同時補償時，其系統的軟件流程框圖如圖3所示。

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