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超導(dǎo)磁體電源交流側(cè)有源濾波器研究

來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第6期

陳思明，劉小寧

中國科學(xué)院強磁場科學(xué)中心，安徽合肥230031

摘要： 為滿足穩(wěn)態(tài)強磁場超導(dǎo)磁體模型線圈電源交流側(cè)諧波抑制及無功補償?shù)男枨螅岢鰧⒉⒙?lián)型有源電力濾波器(APF)應(yīng)用其中的方案。對其工作原理進行了說明，給出了設(shè)計結(jié)構(gòu)。提出基于FBD法的諧波電路運算方式，較傳統(tǒng)ip-iq法而言，簡化了諧波計算，引入基于空間矢量的電壓控制可以有效地降低開關(guān)頻率，減少功率器件的開關(guān)損耗。仿真結(jié)果表明該并聯(lián)型有源電力濾波器具有良好的性能。

關(guān)鍵詞： 信號調(diào)理有源濾波器 FBD法空間矢量控制諧波電流檢測

中圖分類號： TN713.8
文獻標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)06-0053-03

Research on active power filter for AC side of superconducting magnet power supply

Chen Siming，Liu Xiaoning

High Magnetic Field Laboratory, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031，China

Abstract： In order to realize harmonic elimination and reactive power compensation on the AC-side of the power supply of superconducting magnet model coil, active power filter(APF) is applied to this system. The structure and working principle of the APF are described. The FBD method is used to simplify harmonic computational task, which is better than ip-iq method in term of calculation. At the same time, the controlling method of space vector pulse width modulation(SVPWM) is adopted, which can greatly reduce switching frequency. Thus, the power devices' on/off switching loss of can be reduced efficiently. The simulation experiment shows that the APF performs satisfactorily.

Key words : APF；FBD method；SVPWM；harmonic detecting

國家"十一五"重大科學(xué)工程——穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置(SHMFL)正在建設(shè)中，其中40 T混合磁體是最重要的裝置之一。混合磁體由29 T的內(nèi)水冷磁體和11 T的外超導(dǎo)磁體組成[1]。其中超導(dǎo)磁體的電源系統(tǒng)將采用可控硅整流技術(shù)方案[2]，這是一種典型的非線性負載，運行時會帶來較大的無功沖擊及諧波污染，降低了系統(tǒng)交流側(cè)供電質(zhì)量，進而影響到SHMFL實驗裝置的高精度穩(wěn)定運行。

   作為電力系統(tǒng)諧波治理的有效手段，有源電力濾波技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)的無源濾波，可同時對超導(dǎo)磁體電源諧波和無功電流有選擇地動態(tài)跟蹤補償。結(jié)合基于FBD法的諧波電流檢測，提出采用空間矢量控制的并聯(lián)電壓型有源電力濾波器方案。
1 原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.1 APF工作原理[3]
   有源電力濾波器對負載電流iL進行實時檢測，運用諧波電流算法得出電流諧波及無功分量，APF控制功率發(fā)生電路產(chǎn)生補償電流iC，與需要被補償?shù)闹C波及無功電流抵消，實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流諧波抑制及無功補償。從能量角度考慮，有源濾波器從電網(wǎng)側(cè)吸收功率，將其存儲在濾波器直流側(cè)儲能元件中，同時將儲能元件中的能量轉(zhuǎn)換為諧波補償形式投入電網(wǎng)。
1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計
   超導(dǎo)磁體電源交流側(cè)有源電力濾波器系統(tǒng)主要由控制器和補償電流發(fā)生電路兩大部分組成[4]，如圖1所示。其中控制器由電信號采集調(diào)理、指令電流運算以及電流跟蹤控制單元組成。補償電流發(fā)生電路由驅(qū)動電路和主電路兩部分構(gòu)成。對于主電路而言，可選擇的三相模塊化功率器件非常多，特別是智能功率模塊IPM的出現(xiàn)，讓有源濾波器主電路的設(shè)計越來越方便。同時數(shù)字控制技術(shù)的飛速發(fā)展也使得控制器控制的實現(xiàn)更加便利。

當(dāng)ur在其他扇區(qū)時情況類似。式(10)矢量展開，求解開關(guān)矢量作用時間，如式(11)所示。對于零矢量的選擇，通常采用七段式[8]，七段式中相鄰開關(guān)狀態(tài)只差一個開關(guān)動作，最大限度地降低了開關(guān)頻率，則對于18 kA超導(dǎo)磁體電源而言，可以明顯地減少APF的開關(guān)損耗。

該濾波器基于FBD諧波電流檢測，無需進行復(fù)雜的矩陣變換就能有效快速地進行諧波檢測。對APF功率
電路采用基于空間矢量的電壓控制，在保證諧波補償效果的前提下，能夠有效地降低功率器件的開關(guān)頻率。仿真實驗表明該APF能夠很好地濾除諧波電流分量，為穩(wěn)態(tài)強磁場電源系統(tǒng)建設(shè)提供了一定的理論參考。
參考文獻
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