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提高電能質量、節能降耗是當今電力系統急需解決的重大課題。最近幾年出現了一種電力電子應用新技術，即。Delta逆變技術。這項新技術，是國際上正在廣泛研究的串聯、并聯和串并聯結構補償電路的基礎，能有效提高電能質量，因而引起了業界日益廣泛的關注。 瞬時無功理論(日本學者赤木泰文于1983年首次提出)檢測原理的改進方法一基于同步旋轉Park變換的d-q法，是目前諧波實時計算的主要方法，此法的特點是不僅簡化了對稱無畸變下的電流增量檢測，而且也適用于不對稱有畸變的市電電壓檢測。因此文章對采用d-q法來實現三相半橋式Delta逆變器式交流凈化穩壓電源進行了研究，并給出了仿真和實驗結果與分析。 1 Delta逆變器與瞬時無功理論 Delta逆變器是用電壓增量(電壓波動值±Vu和諧波分量uh)或者電流增量(無功電流iq和諧波電流ih)做調制波或參考信號，對高開關頻率PWM逆變器進行控制的一種特殊方式、特殊用途的逆變器，其作用是對電壓增量或電流增量進行補償。Delta逆變器工作在高開關頻率線性PWM狀態，能夠基本不失真地比例復現電壓或電流增量的數值和波形；能滿足對市電電壓波動值±Vu進行正、負補償的要求；主要應用在交流凈化穩壓器、無功補償與電力有源濾波器、電能質量綜合補償器和串并聯補償式在線UPS等領域。 三相瞬時無功理論是日本學者赤木泰文于1983年首先提出的，此后經不斷研究逐漸得到了完善。現已包括p-q法、ip-iq法和d-q法。p-q法最早應用，是僅適用于對稱三相且無畸變的市電電網；ip-iq法不僅對電源電壓畸變有效，而且也適合于不對稱三相市電電網的檢測；基于同步旋轉Park變換的d-q法，不僅簡化了對稱無畸變下的電流增量檢測，而且也適用于不對稱、有畸變的市電電網檢測。 d-q法是目前諧波實時計算的主要方法，此法的特點是不僅簡化了對稱無畸變下的電流增量檢測，而且也適用于不對稱有畸變的市電電壓檢測，其基本原理如圖1所示。 瞬時三相電流或電壓通過如下的變換，變換到d-q坐標上： 上式中， 為d電流直流分量，與負載的有功功率相對應； 為q軸電流直流分量，與負載基波相位移的無功功率相對應；d軸交流分量 和0軸分量i0與負載基波不對稱及高次諧波無功功率相對應。 圖1中ia、ib、iv為三相輸入電流，iaf、ibf、icf為計算基波輸出電流，它們之差即為三相諧波電流iah、ibh、ich。 d-q變換是將靜止坐標系中的相量變換到以基波角速度旋轉的坐標系中，變換后的信號與原信號頻率相差一個基波頻率，即50Hz。如果信號為典型的三相特征諧波1th(基波)、5th、7th等，則分別對應于d-q坐標系中的直流，4th、6th等。低通濾波器濾除所有交流諧波后，其直流成分通過d-q反變換(CT)即可得到基波電流。 2 電路組成結構 電路如圖2所示。它由主電路和檢測控制電路兩部分組成。主電路又分為三相開關整流器和Delta逆變器兩部分。開關整流器的主要作用是為Delta逆變器提供整流直流電源，并保持直流電容Cd上的電壓Ud恒定。直流電容起濾波儲能作用。采用開關整流器的目的有兩個，一是保持市電輸入功率因數COSφ=1，并使輸入電流的波形接近于正弦波，以減小對市電的污染；二是可以使電能雙向流動。Delta逆變器部分由三個單相Delta全橋逆變器及其輸出變壓器組成，其作用就是對市電電壓的波動值Vu、諧波分量uh和三相不對稱度進行補償。Delta逆變器部分所以采用三個單相Delta逆變器及其輸出變壓器，其原因有兩個：一是由于三相四線制的市電系統所帶的負載，多數情況下是不對稱的，必須用互無聯系的單相Delta逆變器獨立進行補償；二是也可以提高三相四線制電源的可靠性，萬一有一相出現故障，另外兩相還可以繼續供電。三個單相Delta逆變器都是可以雙向四象限工作的，以滿足對市電電壓波動值±Vu的正、負補償。 圖2中三相基準正弦電壓uar、ubr、ucr經過d-q變換得到 和u0r。用低通濾波器(圖3所示)濾除諧波分量，即可得到d-q坐標系中對應于基波的有功和無功分量，和零序分量u0r，市電電壓ua、ub、uc亦經d-q變換得到 ，用這兩組信號進行減加運算后可得 ； ；。其中。反映的是基波電壓的波動值，反映的是諧波分量，2u0r-u0反映的是三相電壓的不對稱度。故將udf、uqf、u0f進行d-q反變換即可得到反映負載電壓基波波動變化、諧波分量和三相電壓不對稱度的調制波電壓。然后用相應的SPWM控制電路進行控制，即可使負載上的電壓成為穩定、純凈的正弦波電壓。 圖3三階切比雪夫型模擬式低通濾波器 圖3中的低通濾波器一般都采用三階切比雪夫型模擬式低通濾波器，按照圖中給出的參數，其截止頻率為22Hz，誤差小于2．5％。濾波器的傳遞函數為： 仿真波形如圖示，圖4是補償前三相電壓的幅值是不平衡的，補償后三相電壓的幅值基本平衡了。 圖5是補償前三相電壓不平衡而且含有諧波，補償后三相電壓基本平衡，而且諧波含量也大大減少。 3 結論 現今的電網工況是非常復雜和嚴酷的，電網中復雜的負載性質使得電網存在功率因數低下、波形畸變、浪涌、相位丟失等不良境況。研究以及仿真結果表明，當采用瞬時無功理論中的d-q檢測法及PWM控制方式時，在市電電壓不平衡并含有諧波的情況下，經過瞬態電壓補償器補償后，可以使負載上的三相電壓平衡，并成為穩定純凈的正弦波電壓。 |
