隨著有源濾波控制水平的不斷提高，研究其理念下的電力變壓器節(jié)能技術(shù)凸顯出重要意義。本文首先對有源濾波器控制做了概述，分析了變壓器運(yùn)行損耗影響因素，并對有源濾波的電力變壓器節(jié)能技術(shù)做了研究，提出了個(gè)人看法。
一、前言
作為一項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用效果良好的控制方法，有源濾波控制技術(shù)在近期得到了長足的發(fā)展和進(jìn)步。
研究其理念下的電力變壓器節(jié)能技術(shù)，能夠更好地提升有源濾波控制的實(shí)踐水平，從而有效優(yōu)化電力變壓器節(jié)能技術(shù)的最終整體效果。
二、有源濾波器控制概述
近年來，隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展和電力電子設(shè)備的普及，使得諧波對電網(wǎng)的污染日趨嚴(yán)重。
電力電子裝置自身所具有的非線性導(dǎo)致了電網(wǎng)中含有大量諧波，給電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染。諧波是指對周期性交流進(jìn)行的傅里葉分解后得到頻率不為基波頻率的分量。有源電力濾波器（APF）是一種能動態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功的電力電子裝置，它能對幅值和頻率都變化的諧波進(jìn)行快速的跟蹤補(bǔ)償且補(bǔ)償性不受系統(tǒng)阻尼的影響，其控制電路容易實(shí)施限流保護(hù)以提高系統(tǒng)的安全性，因而受到了極大的關(guān)注。
控制系統(tǒng)是有源電力濾波器的核心，決定了有源電力濾波器的主要性能和指標(biāo)?，F(xiàn)今常用的PI控制對檢測到的誤差信號能立即產(chǎn)生校正作用，跟蹤的快速性較好，但是它的跟蹤效果不好，并且PI調(diào)節(jié)不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。重復(fù)控制技術(shù)被引入APF控制，用來消除周期性負(fù)載諧波，其思想來源于控制理論的內(nèi)模原理，利用負(fù)載擾動的周期性規(guī)律，有針對性的逐步修正，可以保證輸出的波形精確跟蹤給定，是一種能消除所有包含在穩(wěn)定閉環(huán)內(nèi)的周期性誤差的控制方案，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
有源濾波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各部分的主要功能：電壓型逆變模塊和連接電抗器，用于補(bǔ)償負(fù)載畸變的諧波電流，通過它完成電網(wǎng)與直流電容有功功率和無功功率的交換；直流側(cè)支撐電容，用于存儲電能，為VSI提供直流電壓支撐，同時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)有功損耗以保證直流電壓穩(wěn)定；鎖相環(huán)，用于鎖定電網(wǎng)電壓相位；畸變電流檢測模塊，用于實(shí)時(shí)檢測負(fù)載的諧波電流分量和無功電流量，為VSI輸出的補(bǔ)償電流提供參考值；逆變器控制模塊，可以通過直接電流控制或間接電流控制方法，使VSI輸出電流實(shí)時(shí)跟蹤指令電流的變化。
三、變壓器運(yùn)行損耗影響因素分析
影響變壓器損耗的因素有很多，總結(jié)起來，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1.變壓器的結(jié)構(gòu)類型傳統(tǒng)的變壓器幾乎都是采用高壓繞組和低壓繞組制成，利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)高壓與低壓之間的電壓轉(zhuǎn)換與電能傳遞。新的結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，使得變壓器的運(yùn)行損耗不再是單純的分為有功功率損耗和無功功率損耗，而是必須要針對具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
2.變壓器的材料類型變壓器的材料主要是指用于制作鐵芯和繞組的材料，從過去普通的鐵質(zhì)鐵芯，發(fā)展到目前非晶合金鐵芯變壓器、三相油浸卷鐵芯變壓器等新式材料變壓器，由于新型材料的應(yīng)用，使得現(xiàn)在的變壓器的導(dǎo)磁率相較于過去傳統(tǒng)變壓器有了大幅提升，因此現(xiàn)在的變壓器的運(yùn)行損耗已經(jīng)越來越取決于材料的導(dǎo)磁率等屬性。
3.變壓器的負(fù)載類型變壓器連接不同類型的負(fù)載，對于變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中的損耗也有會有一定影響，這主要是因?yàn)殡娋W(wǎng)中的負(fù)載類型包括感性負(fù)載、非感性負(fù)載以及其他類型的負(fù)載，不同類型的負(fù)載會影響到變壓器在電能轉(zhuǎn)換和配電傳輸過程中的效率，從而對變壓器運(yùn)行的損耗產(chǎn)生影響。
4.電網(wǎng)的輸電狀況變壓器作為電力電能轉(zhuǎn)換傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，必然會參與電網(wǎng)的并網(wǎng)連接和運(yùn)行，電網(wǎng)電壓的狀況也會對變壓器的運(yùn)行損耗產(chǎn)生一定影響，比如電網(wǎng)輸電電壓采用超高壓進(jìn)行傳輸，其變壓器的運(yùn)行損耗相對就會小一些，電力轉(zhuǎn)換的效率相對就較高。
四、有源濾波的電力變壓器節(jié)能技術(shù)1.補(bǔ)償電流的檢測方法
（一）通過對帶阻濾波器裝置的應(yīng)用，使基波電流能夠流經(jīng)待檢測的電流。通過此種方式，將所獲取的變壓器高次諧波設(shè)定為檢測電流的補(bǔ)償對象。我們通常將此種對補(bǔ)償電流的檢測方式稱之為基波電流減去法。此項(xiàng)方法的優(yōu)勢在于：補(bǔ)償反應(yīng)直觀，且可操作性強(qiáng)，但同樣存在一定的不足之處，即整個(gè)有源濾波器在功能實(shí)現(xiàn)方面相對比較簡單，僅能夠針對變壓器高次諧波進(jìn)行消除。并且，對帶阻濾波器裝置的應(yīng)用是建立在理想環(huán)境下的，實(shí)際環(huán)境中無法達(dá)到理想的應(yīng)用狀態(tài)。因此，在現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)建設(shè)中，較少會使用此種檢測方法。
（二）在有關(guān)補(bǔ)償電流檢測方面還有一個(gè)關(guān)鍵性的方法，即頻率分析法。此項(xiàng)檢測方法以傅里葉級數(shù)分析法為基礎(chǔ)而形成。在對畸變電流、電壓進(jìn)行檢測的基礎(chǔ)之上，對其實(shí)施基于傅里葉式的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)化過程當(dāng)中可將畸變電流、電流分解成分具有高次諧波代數(shù)屬性的組分，最終形成相應(yīng)的補(bǔ)償電流。但由于其建立在傅里葉級數(shù)分析的基礎(chǔ)之上，導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)的分析存在比較大的難度，且相對于實(shí)際情況的可調(diào)控性較低。
2.補(bǔ)償電流控制途徑現(xiàn)階段，補(bǔ)償電流的控制主要可通過以下幾種途徑實(shí)現(xiàn)：
（一）三角載波調(diào)制法指的是將在檢測環(huán)節(jié)所得到的電流實(shí)際值和參考值之間的偏差產(chǎn)生的控制信號與高頻的三角調(diào)制波展開實(shí)時(shí)比較，最后將所得到的矩形脈沖作為逆變器各個(gè)開關(guān)組件的一個(gè)控制性的信號，從而在逆變器的輸出端得到所需要的波形。這種調(diào)制方法的最大優(yōu)勢在于開關(guān)的頻率比較固定，響應(yīng)的速度也較快，而且對高開關(guān)頻率的系統(tǒng)具有較好的控制特性。但是這種方法最大的不足在于電流系統(tǒng)的硬件較為復(fù)雜，以致出現(xiàn)的誤差較大，而且調(diào)制器的帶寬是有限的，不能濾除所有調(diào)制性信號的所有脈動，輸出的波型中可能存在與三角載波相同頻率的高頻畸變分量；高頻的三角波會使逆變器一直處于保持高頻工作狀態(tài)，這就會產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和高頻失真，在大功率的系統(tǒng)應(yīng)用中無法正常使用。
（二）滯環(huán)比較調(diào)制法這種方法是以補(bǔ)償電流的參考值為基準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的1個(gè)滯環(huán)帶，在實(shí)際的補(bǔ)償電流將要離開滯環(huán)帶時(shí)，逆變器的開關(guān)就會自動工作，使得實(shí)際的電流始終停留在滯環(huán)帶以內(nèi)，數(shù)值始終圍繞其參考值的上下在波動。這種調(diào)制方法的優(yōu)勢在于它的硬件電比較路簡單，容易實(shí)現(xiàn)，而且動態(tài)的響應(yīng)較快，控制的精度高。但不足是對于無線連接的逆變器而言，若三相間的控制不能獨(dú)立，則勢必會產(chǎn)生相間的干擾，這樣就不利于快速暫停的有效控制。
五、結(jié)束語
通過對基于有源濾波的電力變壓器節(jié)能技術(shù)的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工作的順利開展，有賴于對有源濾波多項(xiàng)影響環(huán)節(jié)與因素的充分掌控，有關(guān)人員應(yīng)該從其應(yīng)用的客觀實(shí)際出發(fā)，研究制定最為符合實(shí)際的相對應(yīng)實(shí)施方案。
原標(biāo)題:基于有源濾波的電力變壓器節(jié)能技術(shù)的研究
一、前言
作為一項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用效果良好的控制方法，有源濾波控制技術(shù)在近期得到了長足的發(fā)展和進(jìn)步。
研究其理念下的電力變壓器節(jié)能技術(shù)，能夠更好地提升有源濾波控制的實(shí)踐水平，從而有效優(yōu)化電力變壓器節(jié)能技術(shù)的最終整體效果。
二、有源濾波器控制概述
近年來，隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展和電力電子設(shè)備的普及，使得諧波對電網(wǎng)的污染日趨嚴(yán)重。
電力電子裝置自身所具有的非線性導(dǎo)致了電網(wǎng)中含有大量諧波，給電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染。諧波是指對周期性交流進(jìn)行的傅里葉分解后得到頻率不為基波頻率的分量。有源電力濾波器（APF）是一種能動態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功的電力電子裝置，它能對幅值和頻率都變化的諧波進(jìn)行快速的跟蹤補(bǔ)償且補(bǔ)償性不受系統(tǒng)阻尼的影響，其控制電路容易實(shí)施限流保護(hù)以提高系統(tǒng)的安全性，因而受到了極大的關(guān)注。
控制系統(tǒng)是有源電力濾波器的核心，決定了有源電力濾波器的主要性能和指標(biāo)?，F(xiàn)今常用的PI控制對檢測到的誤差信號能立即產(chǎn)生校正作用，跟蹤的快速性較好，但是它的跟蹤效果不好，并且PI調(diào)節(jié)不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。重復(fù)控制技術(shù)被引入APF控制，用來消除周期性負(fù)載諧波，其思想來源于控制理論的內(nèi)模原理，利用負(fù)載擾動的周期性規(guī)律，有針對性的逐步修正，可以保證輸出的波形精確跟蹤給定，是一種能消除所有包含在穩(wěn)定閉環(huán)內(nèi)的周期性誤差的控制方案，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
有源濾波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各部分的主要功能：電壓型逆變模塊和連接電抗器，用于補(bǔ)償負(fù)載畸變的諧波電流，通過它完成電網(wǎng)與直流電容有功功率和無功功率的交換；直流側(cè)支撐電容，用于存儲電能，為VSI提供直流電壓支撐，同時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)有功損耗以保證直流電壓穩(wěn)定；鎖相環(huán)，用于鎖定電網(wǎng)電壓相位；畸變電流檢測模塊，用于實(shí)時(shí)檢測負(fù)載的諧波電流分量和無功電流量，為VSI輸出的補(bǔ)償電流提供參考值；逆變器控制模塊，可以通過直接電流控制或間接電流控制方法，使VSI輸出電流實(shí)時(shí)跟蹤指令電流的變化。
三、變壓器運(yùn)行損耗影響因素分析
影響變壓器損耗的因素有很多，總結(jié)起來，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1.變壓器的結(jié)構(gòu)類型傳統(tǒng)的變壓器幾乎都是采用高壓繞組和低壓繞組制成，利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)高壓與低壓之間的電壓轉(zhuǎn)換與電能傳遞。新的結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，使得變壓器的運(yùn)行損耗不再是單純的分為有功功率損耗和無功功率損耗，而是必須要針對具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
2.變壓器的材料類型變壓器的材料主要是指用于制作鐵芯和繞組的材料，從過去普通的鐵質(zhì)鐵芯，發(fā)展到目前非晶合金鐵芯變壓器、三相油浸卷鐵芯變壓器等新式材料變壓器，由于新型材料的應(yīng)用，使得現(xiàn)在的變壓器的導(dǎo)磁率相較于過去傳統(tǒng)變壓器有了大幅提升，因此現(xiàn)在的變壓器的運(yùn)行損耗已經(jīng)越來越取決于材料的導(dǎo)磁率等屬性。
3.變壓器的負(fù)載類型變壓器連接不同類型的負(fù)載，對于變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中的損耗也有會有一定影響，這主要是因?yàn)殡娋W(wǎng)中的負(fù)載類型包括感性負(fù)載、非感性負(fù)載以及其他類型的負(fù)載，不同類型的負(fù)載會影響到變壓器在電能轉(zhuǎn)換和配電傳輸過程中的效率，從而對變壓器運(yùn)行的損耗產(chǎn)生影響。
4.電網(wǎng)的輸電狀況變壓器作為電力電能轉(zhuǎn)換傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，必然會參與電網(wǎng)的并網(wǎng)連接和運(yùn)行，電網(wǎng)電壓的狀況也會對變壓器的運(yùn)行損耗產(chǎn)生一定影響，比如電網(wǎng)輸電電壓采用超高壓進(jìn)行傳輸，其變壓器的運(yùn)行損耗相對就會小一些，電力轉(zhuǎn)換的效率相對就較高。
四、有源濾波的電力變壓器節(jié)能技術(shù)1.補(bǔ)償電流的檢測方法
（一）通過對帶阻濾波器裝置的應(yīng)用，使基波電流能夠流經(jīng)待檢測的電流。通過此種方式，將所獲取的變壓器高次諧波設(shè)定為檢測電流的補(bǔ)償對象。我們通常將此種對補(bǔ)償電流的檢測方式稱之為基波電流減去法。此項(xiàng)方法的優(yōu)勢在于：補(bǔ)償反應(yīng)直觀，且可操作性強(qiáng)，但同樣存在一定的不足之處，即整個(gè)有源濾波器在功能實(shí)現(xiàn)方面相對比較簡單，僅能夠針對變壓器高次諧波進(jìn)行消除。并且，對帶阻濾波器裝置的應(yīng)用是建立在理想環(huán)境下的，實(shí)際環(huán)境中無法達(dá)到理想的應(yīng)用狀態(tài)。因此，在現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)建設(shè)中，較少會使用此種檢測方法。
（二）在有關(guān)補(bǔ)償電流檢測方面還有一個(gè)關(guān)鍵性的方法，即頻率分析法。此項(xiàng)檢測方法以傅里葉級數(shù)分析法為基礎(chǔ)而形成。在對畸變電流、電壓進(jìn)行檢測的基礎(chǔ)之上，對其實(shí)施基于傅里葉式的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)化過程當(dāng)中可將畸變電流、電流分解成分具有高次諧波代數(shù)屬性的組分，最終形成相應(yīng)的補(bǔ)償電流。但由于其建立在傅里葉級數(shù)分析的基礎(chǔ)之上，導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)的分析存在比較大的難度，且相對于實(shí)際情況的可調(diào)控性較低。
2.補(bǔ)償電流控制途徑現(xiàn)階段，補(bǔ)償電流的控制主要可通過以下幾種途徑實(shí)現(xiàn)：
（一）三角載波調(diào)制法指的是將在檢測環(huán)節(jié)所得到的電流實(shí)際值和參考值之間的偏差產(chǎn)生的控制信號與高頻的三角調(diào)制波展開實(shí)時(shí)比較，最后將所得到的矩形脈沖作為逆變器各個(gè)開關(guān)組件的一個(gè)控制性的信號，從而在逆變器的輸出端得到所需要的波形。這種調(diào)制方法的最大優(yōu)勢在于開關(guān)的頻率比較固定，響應(yīng)的速度也較快，而且對高開關(guān)頻率的系統(tǒng)具有較好的控制特性。但是這種方法最大的不足在于電流系統(tǒng)的硬件較為復(fù)雜，以致出現(xiàn)的誤差較大，而且調(diào)制器的帶寬是有限的，不能濾除所有調(diào)制性信號的所有脈動，輸出的波型中可能存在與三角載波相同頻率的高頻畸變分量；高頻的三角波會使逆變器一直處于保持高頻工作狀態(tài)，這就會產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和高頻失真，在大功率的系統(tǒng)應(yīng)用中無法正常使用。
（二）滯環(huán)比較調(diào)制法這種方法是以補(bǔ)償電流的參考值為基準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的1個(gè)滯環(huán)帶，在實(shí)際的補(bǔ)償電流將要離開滯環(huán)帶時(shí)，逆變器的開關(guān)就會自動工作，使得實(shí)際的電流始終停留在滯環(huán)帶以內(nèi)，數(shù)值始終圍繞其參考值的上下在波動。這種調(diào)制方法的優(yōu)勢在于它的硬件電比較路簡單，容易實(shí)現(xiàn)，而且動態(tài)的響應(yīng)較快，控制的精度高。但不足是對于無線連接的逆變器而言，若三相間的控制不能獨(dú)立，則勢必會產(chǎn)生相間的干擾，這樣就不利于快速暫停的有效控制。
五、結(jié)束語
通過對基于有源濾波的電力變壓器節(jié)能技術(shù)的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工作的順利開展，有賴于對有源濾波多項(xiàng)影響環(huán)節(jié)與因素的充分掌控，有關(guān)人員應(yīng)該從其應(yīng)用的客觀實(shí)際出發(fā)，研究制定最為符合實(shí)際的相對應(yīng)實(shí)施方案。
原標(biāo)題:基于有源濾波的電力變壓器節(jié)能技術(shù)的研究
