补偿电铁谐波及无功电流的有源滤波器的研究

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                    　　0引言
　　电铁牵引负荷对电力系统的影响主要反映在功率因数、负序及高次谐波电流等方面。负序电流的问题己经基本解决，而谐波和无功补偿仍然是限制电铁发展的两大难题。
　　有源滤波器可用来对系统的谐波电流、无功电流进行综合补偿。本文根据电气化铁道的发展水平研究了用于补偿谐波及无功电流的有源滤波器。由有源滤波器的工作原理可知其由两大部分组成：谐波及无功电流检测电路及补偿电流发生电路。前者的作用是检测出负载电流中的谐波及无功电流分量；后者的作用是根据检测出来的电流分量产生相应的补偿电流。
　　1基于鉴相原理的各电流分量检测方法
　　具有谐波及无功电流补偿作用的有源滤波器，其谐波及无功电流检测采用基于鉴相原理的检测方法，其原理如下：

　　设单相电网瞬时电压us为：





　　图1所示的主电路图中，它将变流器每相桥臂等效为一个理想的单刀双掷开关，由电路知识得：





　　式中：ka，kb为待定的开关系数；Udc为直流侧电容电压值。
　　变流器正常工作时，开关A，B共有四种逻辑组合，若设开关与上桥臂接通时状态为“1”，与下桥臂接通时状态为“0”，那么对应于变流器主电路就有四种工作状态，这四种工作状态对应确定的开关系数。
　　由式(5)可以看出，有源滤波器的补偿电流是由变流器输出电压kUdc与交流侧电源电压us共同作用在滤波电感L上产生的，对于该电流有(以开关工作模式为[1 0]为例)：






　　由此可见，uc*与电源电压us有关，它们之间存在线性的比例关系，所以引入一个与电源电压成正比的参数K2，那么uc作为变流器的输出指令电压，其控制关系如下：






　　为了验证滤波效果，用Matlab软件搭建了有源滤波器的仿真模型，仿真波形如图3所示。






　　从图3可以看出，采用补偿谐波及无功电流的有源滤波器，它可以同时补偿负载中的谐波及无功电流，使得电源电流中只含有负载电流的基波有功成分。
　　4结语
　　本文用Matlab／Simulink中的电力系统模块对电铁供电系统的有源滤波器进行了仿真研究，结果表明单相有源滤波器用于电铁供电系统具有良好的谐波及无功电流的抑制效果。