SAPF安装点的选择及对邻近负载影响的分析

摘要：针对实际工业现场中并联型有源电力滤波器(SAPF)的广泛应用，分析并推广了相控整流负载的频率变换效应，采用等效电路分析方法，阐述了SAPF在进行谐波和无功补偿时对邻近负载、无功补偿电容器组、无源滤波器组等的影响。阐述了各种负载组合条件下，SAPF投入前后系统的性态，同时介绍了相应的对策及最优安装点的选择。该方法可有效保证SAPF运行在各种负载场合，使负载交流侧电流峰值不增大，同时有效抑制了电网中的谐波电流。仿真和实验结果证明了所提方法的正确性和可行性。
关键词：有源电力滤波器；容性负载；谐波源

1 引言
SAPF具有便于工程安装及维护等优点，得到广泛研究及应用。但SAPF适合补偿电流型谐波，不适合补偿电压型谐波。而实际工业环境非常复杂，含有各种负载，如电感滤波型不可控整流负载、相控型整流负载、电容滤波型不可控整流负载以及其他风机、水泵等电机型负载。此外在系统中有无功补偿电容支路，5次、7次等无源滤波器支路。目前的研究均集中在各种谐波提取方法、系统控制方法等APF的本体控制上，很少有应用层面的分析方法。SAPF在工业现场的应用不仅需考虑其对被补偿对象的影响，还需考虑其对电网中其他相邻或相连负载可能造成的不利影响。
这里在分析了整流负载的频率变换效应后，深入分析了SAPF就近补偿电流型谐波源时对临近负载的影响机理，提出了通过改变运行方式和SAPF控制策略来抑制谐波影响的方法，仿真和现场应用结果验证了所提方法的正确性和可行性。

2 系统分析
2．1 整流桥的频率变换特性分析
图1示出相控整流负载电路结构，则直流电压和交流相电流瞬时值可表示为：

式中：ua，ub，uc为整流负载交流母线三相交流电压瞬时值；id为直流电流瞬时值；ud为直流电压瞬时值；Sua，Sub，Suc分别为a，b，c三相电压开关函数；Sia，Sib，Sic分别为a，b，c三相电流开关函数。

通常，交流母线电压含有大量谐波，且不平衡，将三相交流电压用对称分量形式表示为：

式中：ωx为任意值，不限于为ω0的倍数，ω0为电网额定频率；αkx为初始相角；k=-1，0，1，k=-1为负序，k=0为零序，k=1为正序。
对开关函数进行傅里叶变换，将式(2)代入式(2)中第1式，可以得到交流正序、负序电压谐波在直流侧引起的扰动，而零序电压则不会引起扰动。

可见，交流侧频率fx的谐波电压扰动将在直流侧产生频率为fd的谐波电压，fd=fx±(6k±1)f0，f0为系统额定运行频率。
考虑直流电流的小扰动，如因SAPF补偿而引入的直流侧小扰动：
id=Idmcos(ωdt+φd) (4)
式中：Idm为直流侧小信号幅值；ωd为直流侧小信号角频率；φd为相应的初始相角。