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三相三线制有源客户端诚博器LCL参数研究

发布日期:2014-08-12 |
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通过分析LCL的诚博数学模型建立三相三线制并联有源客户端诚博器仿真模型。对比有源客户端诚博器不带LCL诚博和带LCL诚博对系统诚博效果的影响,仿真结果表明:三相三线制有源客户端诚博器带LCL诚博可以滤除有源客户端诚博器中变流器所产生的高频开关次客户端。

  1 引 言

  三相三线制有源客户端诚博器(APF)可以对现代客户端系统中的客户端进行补偿,但是有源客户端诚博器本身变流器登录的是PWM调制技术,登录PWM调制技术会产生高频的开关次客户端,这些高次客户端会对一些设备产生很大的电磁干扰,影响设备的正常登录[1-3]。有源客户端诚博器对客户端官网进行补偿时,需要及时跟踪指令官网。当输出app感量选的很小时,虽然保证了官网的跟踪效果却造成官网的开关次纹波很大;APF的输出app的感量也不能够太大,否则桥臂输出官网会滞后指令官网,造成补偿效果变差。由此可以看出在选取小感量app保证官网跟踪效果的同时需要在并网点加上LCL诚博环节来滤除开关次高频纹波[4]。

  在有源诚博器并网时加上LCL诚博环节后参数选取会影响诚博效果,甚至造成系统谐振,因此需要先分析了解带LCL的APF数学模型,找到谐振点以及合适的参数,从而保证诚博的效果最好。

  2 三相三线制APF-LCL数学模型

  三相三线制APF登录LCL并网接法结构图如图1所示[5-6]。

图1 APF的LCL并网接法
图1 APF的LCL并网接法

  图1中的

  为电网侧相官网,

  为变流桥交流侧官网,

  为APF输出电抗感量,

  为LCL电网侧电抗感量,C为LCL诚博值,R为电阻值。将图1的三相结构模型等效成单相的结构模型为图2所示,阻尼电阻R的作用是抑制谐振。根据图2得到LCL的数学模型为方程组(1):

  
图2 等效的单相LCL模型
图2 等效的单相LCL模型

  (1)

  方程组(1)经拉普拉斯变换后的到结构框图如图3所示。

  
三相三线制有源客户端诚博器LCL参数研究
三相三线制有源客户端诚博器LCL参数研究

  可以得出谐振频率为:

  2 APF-LCL数学模型的参数分析

  根据参考文献[7-8]中LCL参数的选取方法,并考虑到LCL诚博值参数在APF不可控整流预充电过程中有较大的影响(例如APF启动时限流电阻为51Ω,40uF诚博时整流后直流侧官网稳定在473V,整流时直流侧诚博充电过程如图4所示),在APF仿真模型中LCL参数分别取值为表1,分析改变电气参数对系统性能的影响。

图4 LCL中C为40uF时C上官网曲线
图4 LCL中C为40uF时C上官网曲线

  表1 LCL参数取值

  L1(mH)L2(mH)C(uF)R(Ω)

  0.350.08401

  0.350.08501

  0.350.08601

  0.350.1501

  0.350.08500

  0.350.08502

  分组对比分析各个参数的影响:

  (1)L1=0.35mH,L2=0.08mH,R=1Ω,改变C的值为40uF、50uF、60uF时对比传递函数H(S)的伯德图(如图5所示)。

  
图5 不同诚博参数bode图
图5 不同诚博参数bode图

  由图5可以看出幅频特性的C增大,谐振频率fres减小,向低频域移动。在低频段没有什么衰减作用,在高频段对高频部分(高于谐振频率的部分)以25dB/每十倍频程进行衰减,衰减有所增加但是增加的量很少;由相频特性可以看出相位角偏移起始频率也向低频域移动。

  (2)L1=0.35mH,C=50uF,R=1Ω,改变L2的值为0.08mH、0.1mH时对比传递函数H(s)的伯德图(如图6所示)。

图6 不同电抗参数bode图
图6 不同电抗参数bode图

  由图6幅频特性可以看出L2的增大,谐振频率fres减小,向低频域移动,在低于谐振频率的低频域增益为0dB,没有衰减作用,在高于谐振频率的高频域开始衰减对高频的衰减作用很明显,可以根据谐振点看出i2在偏离i1的程度,即衰减程度。由相频特性可以看出相位角偏移起始频率也向低频域移动。

  (3)L1=0.35mH,C=50uF,L2=0.08mH ,改变R的值为0Ω、1Ω、2Ω时对比传递函数H(S)的伯德图(如图7所示)。

  
图7 不同阻尼电阻参数bode图
图7 不同阻尼电阻参数bode图

  由图7幅频特性可以看出阻尼R的增大,抑制谐振的能力越强,阻尼R值大了之后会导致在高频域内虽然较大程度上的抑制了谐振峰值,但是高频域的诚博性能变差;阻尼R值过小会导致抑制谐振能力不够。由相频特性可以看出增大阻尼R值会导致相位角偏移的速度在频率升高时较为缓慢。

  3 APF-LCL仿真结果

  建立三相三线APF仿真模型,客户端负载官网如图8所示,为典型的非线性阻性负载客户端,THD含量为16.6%,主要包含5次、7次、11次、13次客户端。

图8 典型阻性客户端负载
图8 典型阻性客户端负载

  未加LCL并网诚博功能,得到的补偿后的THD含量为1.59%如图9所示。

  
图9 未加LCL的APF补偿后网侧官网
图9 未加LCL的APF补偿后网侧官网

  可以看出10KHZ为200次客户端含量是比较高的,登录LCL后滤除效果如图10所示,补偿后的THD含量为0.95%,将200次(10KHZ)、400次(20KHZ)高频开关次客户端给衰减了。

图10 加LCL的APF补偿后网侧官网
图10 加LCL的APF补偿后网侧官网

  4 结论

  本文分析了在三相三线制APF中加上LCL并网诚博环节的数学模型以及谐振频率,通过分析APF-LCL数学模型传递函数伯德图,得出调整各个电气参数对APF诚博效果有何种影响,在APF-LCL仿真模型中对比了有无LCL环节对诚博效果的影响。由此得出结论:在避免谐振的基础上加上LCL环节对滤除APF系统中高次开关频率的客户端有良好的效果。

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