最小化诸如ESP电力系统的电力系统的输入电流谐波的方法

摘要

公开了用于系统中线路质量的改善的方法，其中公共馈电（1）经由至少一个配电变压器（3）对从该公共馈电（1）抽取非正弦电流的至少两个非线性负载（11）馈电，其中在该公共馈电（1）和该配电变压器（3）之间存在至少一个初级侧变压器线路（2）并且在该至少一个配电变压器（3）和负载（11）之间存在至少一个较低电压次级侧变压器线路（22），其中附连到至少一个较低电压次级侧变压器线路（22）的至少一个有源滤波器（24）被用于所述公共馈电（1）所经历的较高阶谐波的衰减或消除。此外，公开了对这样的方法的使用的高功率配电系统，特别地对于静电除尘器的操作。

说明书

技术领域

本发明涉及用于分配给诸如基于晶体管的ESP电力供应的非线性负载的配电系统的线路质量改善的方法。此外，它涉及实现这样的方法的配电系统并且特别地涉及用于静电除尘器单元操作的这样的配电系统的使用。

背景技术

随着对环境污染的日益关注，通过使用静电除尘器（ESP）来减少颗粒物排放对于燃煤电厂是极其重要的问题。ESP是极其适合的集尘器。它们的设计是稳健的并且它们非常可靠。此外，它们最高效。99.9%以上的分离度不是非寻常的。因为，当与纤维过滤器相比时，它们的操作成本低并且由于功能障碍而引起的损坏和停止的风险要小得多，在许多情况下它们是自然的选择。在ESP中，在连接到ESP电力供应的电极之间引导污染气体。通常，这是高压变压器，其在初级侧上具有晶闸管控制并且在次级侧上具有整流器电桥。该布置连接到普通的AC电源并且从而以50或60Hz的频率被供应。通过改变晶闸管的触发角来执行电力控制。触发延迟越小，即导通周期越长，供应给ESP的电流越多并且ESP的电极之间的电压越高。现代的ESP分成若干母线段以用于增加收集效率。这些母线段中的每个具有其自身的电力供应（PS），其被单独控制并且具有10-200kW的典型输出功率范围以及30-150kVDC的输出电压范围。

现代的ESP的电力供应通常基于谐振转换器以便利用变压器的非理想性并且具有用于广泛的操作范围的软开关。对ESP的一个示范性电力供应从US 2009/0129124获知。

发明内容

对应地，本发明涉及用于配电系统中线路质量的改善的方法，特别是用于抑制由公共馈电处的线路供电的非线性负载所产生的较高阶（order）谐波的方法。典型的应用是高功率应用，由此如在下文进一步提到的配电变压器被定额在30 kVA -3000kVA的范围中的情况。

在该方法中，公共馈电经由至少一个配电变压器对从该公共馈电抽取（draw）非正弦电流的至少两个非线性负载馈电。在公共馈电和配电变压器之间存在至少一个初级侧变压器线路并且在该至少一个配电变压器和负载之间存在至少一个较低电压次级侧变压器线路。附连到至少一个较低电压次级侧变压器线路的至少一个有源滤波器用于公共馈电所经历的较高阶谐波的衰减或消除。根据本发明，有源滤波器的控制基于低压电平上的电流传感器的测量（其应该在低电平电路中的每个中存在，只有测量和考虑低压电平电路中的每个中的电流条件才允许适当且完整的线路电力质量改善）。然而，如将在下文进一步概述的，除非仅在计算校正考虑变压器自身的衰减效果之后，否则该测量优先地不被直接使用。可以这么说，一个或多个有源滤波器经由注入而校正低电平侧上的条件。然而，该校正不主要针对低电平大小上的谐波校正，而是针对初级侧上的条件校正。这由于有源滤波器采取以下方式注入到低电平系统中来实现：该方式（向后可以这么说，经由变压器并且考虑其影响）通过消除谐波（其否则如存在的话会负面影响线路电力质量）并且还考虑由变压器产生的相移来校正高压侧上的条件。对应地因此，优选地测量所有较低电压次级侧变压器线路中的电流i_{L_n}（其中指数n代表第n次级侧变压器线路）并且将其用于有源滤波器的控制。

如上文提到的，所述电流i_{L_n}（或在若干次级侧线路的情况下，在单独次级侧线路中，作为时间的函数的电流值的对应集合）不直接用作对有源滤波器的输入参考，而是从所述电流，使用变压器的计算模型来计算初级侧变压器线路上的电流，并且由此，使用变压器的计算模型来反向计算次级侧变压器线路上的电流，并且该电流用于对有源滤波器的输入参考。

在只有一个单个次级侧线路的情况下，该反向计算和正向计算的输入变量是上文提到的电流值。在多于一个次级侧线路的情况下，由此在存在从一个初级侧线路变换到若干次级侧线路的若干变压器的情况下，对有源滤波器（或多个有源滤波器）的参考值计算的输入变量是在单独次级侧线路中测量的所有电流值的集合。要注意，在如果存在若干有源滤波器的这样的情况下，对这些有源滤波器中的每个的参考值优先地考虑并基于次级侧线路的每个中测量的电流值中的每个电流值。

有趣地，即使存在两个变压器和两个次级侧线路，只要在所有次级侧线路中测量的电流被当作对有源滤波器的输入变量，则不必的是有源滤波器在变压器的这些次级侧线路中的每个中存在。也就是说，一个单个有源滤波器能够校正次级侧线路中的每个对初级侧线路的影响。

对于初级电流预测（在初级侧变压器线路上），可以将下列分析计算方案用于12脉冲系统：

对于有源滤波器参考调整（没有12脉冲变压器可以减轻的谐波的电流）：

-对于安装在具有滞后（lagged）电压的变压器的低压侧上的AF：

-对于安装在具有超前（lead）电压的变压器的低压侧上的AF：

-为了能够实现在配电变压器的每个低压侧中安装的所有有源滤波器处理相似的谐波，幅度k1和k2在下式给出：

-对于安装在滞后电压变压器上的有源滤波器：

k₁=1 k₂=0

-对于安装在超前电压变压器上的有源滤波器：

k₁=0 k₂=1

其中：

i_Rp、i_Sp、i_Tp是预测的MV（中压）侧线路电压；

i_{LR_UA}、i_{LS_UA}、i_{LT_UA}是由安装在超前变压器上的负载所消耗（drain）的电流（逆时针方向）；

i_{LR_UB}、i_{LS_UB}、i_{LT_UB}是由安装在滞后变压器上的负载所消耗的电流；

n_A是超前变压器的匝数比；

n_B是滞后变压器的匝数比；

i_{LR_UA*}、i_{LS_UA*}、i_{LT_UA*}是对安装在超前变压器上的有源滤波器的调整电流参考（逆时针方向）；

i_{LR_UB*}、i_{LS_UB*}、i_{LT_UB*}是安装在滞后变压器上的有源滤波器的调整电流参考（逆时针方向）；

k₁、k₂是对变压器的低压侧上的电流幅度的调整的系数。

备选地，可以使用注入FFT、DFTT、RDFT或诸如此类的谐波检测方法来执行变压器模型，如将在下文进一步详述的。

根据提出的方法的优选实施例并且为了考虑一个或多个变压器的特性，除单独次级侧线路中的每个中测量的上述电流值外，此外，可以在较低电压次级侧变压器线路上测量同步电压u_{Sync_n}并且其可用于计算次级侧变压器线路上的电压rms值。再次，如在测量电流值的情况下，优选地在所有单独次级侧线路中测量这些电压并且对于有源滤波器中的每个来考虑这些电压。

根据又一优选实施例，配电变压器是12脉冲变压器。这可优选地从Ddn、Dyn、Dzn、Ydn、Yyn、Yzn的组中选择，其中n是从0、1、5、6或11中选择，或在若干变压器的情况下，是其的组合。

对于存在两个配电变压器的情形，优选地两者都布置作为12脉冲变压器，其从变压器线路的初级侧变换到两个较低电压次级侧变压器线路。在该情况下，12脉冲变压器优先地从组Dd0-Dy1、Dy1-Dz2、Yd1-Dd0、Dz0-Dy1中选择。

根据另一个优选实施例，至少两个配电变压器（优选地，12脉冲变压器）从变压器线路的初级侧变换到至少两个较低电压次级侧变压器线路，并且有源滤波器位于至少两个较低电压次级侧变压器线路中，并且优选地每个较低电压次级侧变压器线路配备有由基于每一个较低电压次级侧变压器线路中的测量而计算的参考信号所控制的有源滤波器。

优先地，非线性负载是例如用于连续或脉冲操作的基于晶体管的电力供应元件，其包括开关全电桥逆变器，优选地是对静电除尘器的电力供应。在该情况下，基于晶体管的电力供应元件典型地包括输入整流器和基于晶体管的全电桥逆变器，可选地后跟谐振回路和/或变压器单元和/或输出整流器，其中优选地在全电桥逆变器的输入侧上和/或在其输出侧上布置平滑电感器。然而，该方法主要适合于任何种类的非线性负载。

有源滤波器控制策略原则上可以是常规的控制策略，因为对变压器行为的必要校正已经由上文提到的反向计算和正向计算方法考虑在内。然而，控制策略优选地从dq-坐标系（dp-frame）、PQ理论、Fryze电流、广义积分器、频域策略（特别地，DFT、RDFT和FFT）的组中选择。

此外，本发明涉及具有公共馈电的高功率配电系统，该公共馈电经由至少一个配电变压器对从该公共馈电抽取非正弦电流的至少两个非线性负载馈电，其中在公共馈电和配电变压器之间存在变压器线路的初级侧并且在该至少一个配电变压器和负载之间存在变压器线路的至少一个较低电压次级侧，并且其中至少一个有源滤波器附连到变压器线路的至少一个较低电压次级侧以用于公共馈电所经历的较高阶谐波的衰减或消除。

此外，根据优选实施例，提出的配电系统在变压器线路的至少一个较低电压次级侧中提供有感测所述线路中的电流的至少一个传感器，该电流用于有源滤波器的控制。优选地，使用所述电流的计算部件被提供并且在这些部件中实现变压器的计算模型以计算变压器线路的初级侧上的电流，并且由此，使用变压器的计算模型来计算变压器线路的次级侧上的电流，并且然后该电流是对一个或多个有源滤波器的输入参考，可选地考虑经由变压器线路的较低电压次级侧上另外（全部相同）的传感器所测量的同步电压以计算变压器的次级侧上的电压rms值。

优先地，配电变压器是12脉冲变压器，诸如从Ddn、Dyn、Dzn、Ydn、Yyn、Yzn的组中选择，其中n是从0、1、5、6或11中选择，或在若干变压器的情况下是其的组合。优选地，存在两个配电变压器，通过适当的选择典型地布置作为12脉冲变压器，其将变压器线路的初级侧变换到变压器线路的两个较低电压次级侧，其中12脉冲变压器从组Dd0-Dy1、Dy1-Dz2、Yd1-Dd0、Dz0-Dy1中选择。存在由IEC标准化的三相变压器的26个商业配置（全部6个脉冲），其可以选择成提供按照30度的倍数的初级和次级绕组之间的相移。在通过30度相移来选择由相同电网馈电的两个商业配电变压器情况下，它们构成12脉冲系统。

此外，本发明涉及静电除尘器单元，其包括如上文概述的配电系统和/或使用如上文概述的方法。

最后但相当重要的是，本发明涉及如上文概述的方法的使用和/或如上文概述的配电系统，以用于对一组非线性负载供电，诸如用于静电除尘单元的操作，其具有至少两个、优选地至少六个、更优选地至少12个或24个电力供应，所述电力供应具有基于晶体管的全电桥逆变器元件。

本发明另外的实施例在从属的权利要求中规定。

附图说明

本发明的优选实施例参考图在下面描述，上述图是为了说明本发明的当前优选实施例的目的而不是为了限制其的目的。在图中：

图1示出典型的商业ESP电力供应，其具有：（a）ac-侧平滑电感器；和（b）dc-侧平滑电感器；

图2示出典型的ESP系统电气装置；

图3示出使用多脉冲和有源滤波器系统的ESP系统：（a）使用两个有源滤波器的系统；和（b）使用一个有源滤波器的系统；

图4示出提出的ESP系统控制策略；

图5在a）和b）示出变压器电流模型中，其中n代表变压器匝数比，其中i_{L_1}代表i_{L,R_UA}、i_{L,S_UA}、i_{L,T_UA}并且其中i_{L_2}代表i_{L,R_UB}、i_{L,S_UB}、i_{L,T_UB}；对于使用2个有源滤波器的情况（参见图3（a）），k₁=k₂=0.5；对于在Dd0变压器次级侧上安装的仅一个有源滤波器（参见图3（b）），k₁=0并且k₂=1；以及对于在Dy1变压器次级侧上安装的仅一个有源滤波器，k₁=1并且k₂=0，并且在c）中它示出选择的谐波检测方法的示意图；

图6示出包括12脉冲系统和两个有源滤波器的ESP系统；有源滤波器的灰色阴影背景的二极管是SiC 肖特基二极管（Schottky diode）；对于用于验证理论的模拟，未采用灰色有源滤波器和Dd0变压器（参见实验部分）；

图7示出高动态加载分析：（a）系统的线路电流；（b）电源电压；（c）ESP电力供应B的线路电流；（d）有源滤波器B的线路电流；（e）ESP电力供应A的线路电流；以及（f）有源滤波器A的线路电流；

图8示出变压器不平衡加载分析：（a）电源电压；（b）线路电流的轨迹（Loci）图；（c）系统的线路电流和谐波分析；（d）ESP电力供应B和有源滤波器B的线路电流；（e）ESP电力供应A和有源滤波器A的线路电流，其中在d）和e）的直条图中在每个谐波处，左侧直条代表非线性负载电流谐波，中心直条代表由有源滤波器24产生的电流，并且右侧直条代表两个变压器的次级侧中的电流谐波；

图9示出具有不对称参数的变压器的情形：（a）线路电流；（b）单元A和B的单相的负载电流；以及（c）单元A和B的单相有源滤波器的电流；

图10示出具有不对称参数和调整的变压器模型的变压器的情形：（a）预测的模型的电流；（b）没有有源滤波器的多脉冲系统的线路电流；

图11示出变压器不平衡加载分析：（a）线路电流和谐波分析；（b）ESP电力供应A的线路电流和有源滤波器的电流分析；以及（c）ESP电力供应B的线路电流和谐波分析，其中在d）和e）的直条图中在每个谐波处，左侧直条代表非线性负载电流谐波，中心直条代表由有源滤波器24产生的电流，并且右侧直条代表两个变压器的次级侧中的电流谐波；

图12示出12脉冲系统变压器不平衡加载分析：（a）12脉冲系统配置；（b）3相线路电流和电压；（c）Dd0和Dy1变压器的初级电流和等同的线路电流；以及（c）线路电流谐波分析；

图13示出用于定位典型的ESP系统的有源滤波器的备选方案；

图14示出现实的MV/LV Dy1油电力变压器频率相关模型；

图15示出与变压器不对称和寄生变化相对的ESP系统的性能评估：（a）线路电流谐波分析，其对于对称的Dd0变压器和对于改变对一个有源滤波器解决方案的Dy1变压器的绕组之间的匝数比不对称以及（b）对两个有源滤波器解决方案；（c）线路电流谐波分析，其对于对称Dd0和Dy1变压器两者，但关于改变对一个有源滤波器解决方案的Dy1变压器的匝数比以及（d）对两个有源滤波器解决方案；（e）对一个有源滤波器解决方案的变压器的寄生变化（漏电感和绕组电阻）对系统的第5和第7电流谐波减轻性能的影响；以及（f）对两个有源滤波器解决方案；以及

图16在a）中示出平衡的12脉冲系统的实验结果：电源电压（48）；线路电流（49）；没有补偿的12脉冲电流（50）；和有源滤波器电流（51）；在b）中示出不平衡的12脉冲系统的实验结果：电源电压（48）；线路电流（49）；没有补偿的12脉冲电流（50）；和有源滤波器电流（51）；在c）中示出实验结果：不平衡的12脉冲系统的线路电流；在d）中示出实验结果：不平衡的12脉冲系统的12脉冲电流；以及在e）中示出实验结果：不平衡的12脉冲系统的有源滤波器补偿电流。

具体实施方式

现今，由于三相二极管电桥整流器简单、可靠且低成本，现代的ESP的电力供应通常采用其作为前端转换器。

用于对根据下文描述的图2的设置中的一个单独母线段供电的高频三相电力供应11在图1中示出。在输入侧上，电力供应11连接到电源1并且首先包括输入整流器12。在该输入整流器12的输出侧处提供直流电流（DC）并且在这些电平之间定位有DC链路电容器18。该直流电压然后通过具有多个对应触发的晶体管（fired transistor）的全电桥逆变器13馈送。该全电桥逆变器13的输出侧上的交流电流进入谐振回路14并且然后进入变压器单元16，由串联布置的电容器19和电感器20给出谐振电路，其后的变压器单元16中跟有变压器21。在输出侧上，单元16耦合到输出整流器15，其输出侧然后耦合到静电除尘器5的电极。对于这样的电力供应的脉冲操作，采用脉冲模式来操作全电桥逆变器，连续操作也是可能的。

现代的ESP电力供应使用六脉冲二极管电桥整流器，其具有ac或dc-侧平滑电感器作为前端转换器（因为它们简单、可靠且低成本），如在图1a中示出的对在交流电流位置上是平滑电感器17并且在图1b中对DC侧平滑电感器23。

然而，这样的电力供应从源（source）抽取非正弦电流，从而使电源电力质量恶化。该系统呈现出阶n=（6.i±1）的电流谐波，其中i是大于或等于一的整数。

因此，该概念的主要缺点是二极管整流器将显著的电流谐波注入电力系统，其可以引起在公共耦合点处电源电压的失真或附近的分路电容器的过载。因此，简单的整流器不满足关于输入电流谐波的IEEE 519准则。

尤其在脉冲操作中，可能发生电源相位的显著不平衡加载。因此，今天采用的概念承担着引起诸如由相同的电源馈电的其他设备的故障、可闻噪声、变压器、发电机和电力线路的增加的损耗、电源中的电谐振和发电机中的机械振荡的严重问题的风险。

图2示出典型的ESP装置，其具有由24个电力供应驱动的若干连续母线段。静电除尘器5包括进口侧，加载有颗粒物（例如煤尘）的气流4通过该进口侧进入ESP。ESP具有进口区段6，后跟中间区段7并且由出口区段8终止，该出口区段8的出口连接到烟囱9，净化的废气10通过该烟囱9退出到环境。区段6-8中的每个具有四个单元或四行单独供电的除尘器系统，并且为此例如24个电力供应（PS）被提供用于除尘器的通电（energisation）。这些电力供应经由电源1而通电，该电源1经由低或中压线路2和配电变压器3以及低压电平线路22连接到单独电力供应。也就是说，全部的电力供应连接到相同的电源系统1并且如果这些电力供应或其至少一部分采用脉冲模式操作，则电源上的负载可能严重不平衡。

在这样的设置中，采用在初级和次级绕组的电压之间提供相移的3相变压器来对三线系统中的ESP电力供应馈电。因此，能够通过选择适合的配电变压器而建立多脉冲系统，其中ESP电力供应的简单性和可靠性可以保留。然而，多脉冲系统的性能强烈地依赖于变压器的次级侧之间的负载平衡，这在ESP系统中能够是难以实现，因为ESP母线段加载特性可能大大改变。

如在图3中示出的，为了进一步改善线路质量，从而确保与谐波准则一致，能够采用有源滤波器24；然而，它们需要应对ESP系统的高动态加载。此外，有源滤波器24的位置在该有源解决方案的成本和系统的总效率中起重要作用，即，如果在低或中压电平2（变压器3的初级侧）安装有源滤波器24，则需要高压额定的集成栅控双极晶体管IGBT和绝缘换能器。

该文献涉及在图3中示意地示出的极其有效的ESP系统配置，其遵从谐波准则。其中，选择配电变压器来建立多脉冲系统3并且将有源滤波器24安装在变压器3的低压侧22上以便使用标准的低成本IGBT和电路组件，其还实现更高的开关频率/效率。有源滤波器24主要意在用于高阶谐波电流减轻（>第7谐波），以及用于平衡第5和第7电流谐波，其能够由多脉冲系统有效地消除。事实上，一个或多个有源滤波器24补偿中压侧上的线路电流谐波，这是在图3中示出的12脉冲系统无法完全补偿的。ESP系统因为有源结构（有源滤波器24）而变得极其有效，只处理总系统功率的20%。

呈现的系统配置由于提出的配电变压器3的数学模型而变得切实可行，该数学模型仅通过感测变压器的LV侧22上的ESP电力供应的电流而快速预测并且调整LV或MV侧2上的线路电流作为有源滤波器24的电流参考。由于只需要少量计算这一事实，参考信号处理上的延迟被最小化，并且能够使在有源滤波器解决方案中通常使用的控制策略适合而没有使有源滤波器整体性能降级。

如在图3a）中示出的，这样的设置可包括变压器3的两个平行低压电平次级侧22中的每个上的一个单独有源滤波器24。然而，在一备选中，它还可只包括低电平电路22之一中的一个有源滤波器，如在图3b）中示出的。

有源滤波器24的控制基于低压电平上的电流传感器25的测量（其在任何情况下必须在低电平电路22中的每个中存在，只有测量和考虑低压电平电路中的每个中的电流条件才允许适当的线路电力质量改善），然而，除非仅在计算校正考虑变压器3的影响之后，否则该测量不会直接被使用，如将在下文进一步概述的。可以这么说，有源滤波器24经由由线路27的注入而校正低电平侧22上的条件。然而，该校正并不主要针对低电平侧22上的谐波校正，而是针对初级侧2上的条件校正。这由于有源滤波器采取以下方式注入低电平系统来实现：该方式（向后可以这么说，经由变压器3并且考虑其影响）通过消除谐波（其否则如存在的话会负面影响线路电力质量）来校正高压侧2上的条件。使用提出的方法还考虑由变压器产生的相移。

为了改善ESP系统的线路电力质量，本发明从而提出极其有效的系统配置，其包括两部分：

-多脉冲系统3，其可以通过在典型的ESP电气装置（参见图2）中适当选择配电变压器而建立。该系统的主要目的将主要消除变压器的低或中压侧2（变压器的初级侧）上的线路电流的第5和第7谐波（但是还有更高谐波，诸如第17、第19，等）。

-意在用于高阶谐波电流减轻（>第7谐波）并且用于平衡第5和第7电流谐波的有源滤波器24，该第5和第7电流谐波然后在变压器的加载不平衡的情况下可以由多脉冲系统3有效地消除。有源滤波器24安装在低压变压器侧上以便使用标准的低成本IGBT和具有更好的损耗特性的电路组件。

如在图3中示出的，这两个系统都包括两个中压/低压配电变压器3，其配置作为对两个典型的商业可用的ESP电力供应11（同样参见图1）和安装在变压器3的低压侧上的分路有源滤波器24馈电的多脉冲系统（在该示例中，Dd0和Dy1）。如可以观察到的，存在使用一个（图3b）或多个有源滤波器结构24（图3a）的可能性。一个或多个有源滤波器24的选择以及它们的设计选择主要依赖于有源滤波器24需要处理的无功功率的必要量以便提供高的线路电力质量，所述必要量在2个有源滤波器24（参见图3a）的情况下是总系统功率的大约20%。

为了能够实现在变压器的低压侧上的有源滤波器操作，有源滤波器单元24需要预测或直接感测变压器3的低或中压侧2上的电流。由此，提出在典型的有源滤波器24电流参考产生策略中的特殊调整来避免在低或中压变压器侧2上的测量，如在图4和5中示出的。基本思想是所有的有源滤波器24同等地补偿谐波，其无法由多脉冲变压器3消除。由此，提出的控制策略使用由变压器3的数学模型产生的电流来代替直接使用ESP电力供应电流i_{L_1}作为对有源滤波器24的参考，如将由传统的谐波检测方法进行的。该模型通过感测变压器的低压侧22中的ESP电力供应电流i_{L_1}而预测变压器中压侧2中的线路电流（同样参见图5）。这些电流i_{L_1}携带需要被滤波的谐波（变压器3无法完全补偿的谐波）的信息。通过将预测电流根据变压器匝数比和配置按比例地调整到变压器3的低压侧22，每个有源滤波器24的参考将是相同的，但包括变压器波形相移（在12脉冲系统情况下是30度）。

总结起来，变压器模型的主要功能是：

1）在数学上从测量电流i_{L_1}中减去谐波，多脉冲变压器将消除所述谐波；以及

2）根据有源滤波器24所位于的变压器侧用适当的相移和幅值调整电流参考。

重要的是指出，变压器3的电流模型对于其他12脉冲系统配置（诸如Dy1-Dz2、Yd1-Dd0、Dz0-Dy1等）也是有效的。对于其他情况，具有超前次级电压（逆时针方向取向）的新的变压器起到Dd0变压器的作用并且滞后的那个承担电流模型中Dy1变压器的位置。

上文解释的分析计算方案能够用于（初级侧变压器线路上的）初级电流预测和有源滤波器参考调整。

由于只需要少量计算这一事实，参考信号处理上的延迟被最小化并且能够使在有源滤波器24解决方案中通常使用的控制策略适合而没有使有源滤波器24整体性能降级。

在这里使用的有源滤波器24控制策略是dq-坐标系（同样参见B. Kaku et al.，IEEE Proceedings，electric power application，Vol. 144，pp 182-190，1997）；然而，也可以采用诸如PQ-理论、Fryze电流、广义积分器、频域策略（DFT、RDFT和FFT）等的其他策略。另外，同步电压u_{Sync_1}和u_{Sync_2}能够进一步用于通过对每个单相修改模型的变压器匝数比来调整变压器绕组耦合上的不对称。

如上文提到的，存在执行变压器电流模型的备选方式，例如通过使用诸如FFT、DFT、RDFT等的谐波检测方法：

因此备选地，例如选择性谐波检测方法（诸如FFT、DFT、RDFT等）可以用于调整有源滤波器电流参考，如在图5c中示出的。通过计算由每个配电变压器3的低压侧22上的非线性负载5消耗的电流的幅度和相位，可以确定12脉冲系统的次级2之间的加载不平衡，主要是基波（fundamental）、第5和第7谐波。通过使用在图5c中示出并且如在下文给出的表达式，可以确定变压器的初级侧上的剩余的△5th和△7th电流谐波。安装的有源滤波器24的电流参考然后根据系统特性和在图5c中示出的表达式来调整：

为了能够实现配电变压器3的每个低压侧22中安装的所有有源滤波器24处理相似的谐波，幅度k₁和k₂在下式给出：

对于安装在滞后电压变压器上的一个有源滤波器：

k₁=1  k₂=0

对于安装在超前电压变压器上的一个有源滤波器：

k₁=0  k₂=1

对于12脉冲系统，典型地n_B =n_A√3。

为了证实提出的研究，对于在图6中描绘的ESP系统执行下列模拟：

a)对于高动态ESP加载的系统性能（其中两个有源滤波器24安装在具有ac-侧平滑电感器17、ESP电力供应11的12脉冲系统3的次级侧22上）在图7中示出。如可以观察到的，有源滤波器24可以有效地补偿电流谐波并且系统从电源抽取正弦电流（参见图7（a））。尽管两个变压器3处理不同量的功率（参见图7（c）和7（e）），有源滤波器24处理相同量的无功功率（参见图7（d）和7（f））。

b)对于变压器用不平衡加载操作的情况的电流谐波分析在图8中示出。这里，可以观察到电源电流具有正弦波形（参见图8（c），还参见图8（b）中的轨迹图），并且由有源滤波器24产生的电流谐波具有相同的幅度（图8c、d和e的右侧上的直条图中的每个谐波处的中心直条）。两个变压器3的次级侧22上的电流谐波具有相同的幅度（图8c、d和e的右侧上的直条图中的每个谐波处的右侧直条），这有助于变压器有效地补偿第5和第7谐波。

c)对于变压器参数不对称的情况提出的系统行为在图9中示出。这里，每个变压器绕组的漏电感和变压器匝数比设置成不对称(Dd0：nR=1.03(=100μf），nS=0.99(=350μF)，nT=1.02（=50μF）；Dy1：R=1.732（=80μF），nS=1.698（=200μF），nT=1.767（=400μF））。如可以观察到的，使用变压器的理想模型用于产生电流参考的系统对于该测试条件具有良好的性能。从而，努力获得更准确的变压器模型不是合理的。

d)为了证实关于变压器绕组匝数比的在变压器不对称上数学模型调整的特性，可以模拟变压器的绕组设置成如下的情况：Dd0：nR=1.0，nS=1，nT =1.0；以及Dy1：nR=1.05√3，nS=√3，nT =0.87√3。这里，提出的控制通过计算变压器的次级侧上的电压rms值（u_{Sync_1}和u_{Sync_2}）而确定关于单相绕组匝数比n的变压器的不对称。图10示出变压器的初级侧上的模型预测的电流（参见图10（a））和获得的多脉冲系统电流（参见图10（b））两者。如可以观察到的，预测的电流与模拟的那个非常相似，从而验证模型调整策略。

e)12脉冲系统现在正通过dc-侧平滑电感器17对两个ESP电力供应11馈电，其中一个有源滤波器24连接到Dd0变压器的次级侧22。对于变压器用不平衡加载操作的情况的电流谐波分析在图11中示出。可以观察到电源电流具有正弦波形（参见图11（a））。注意，两个变压器的次级侧中的电流谐波具有相同的幅度（图11 b和c的右侧上的直条图中的每个谐波处的右侧直条），这有助于变压器有效地补偿第5和第7谐波。

如可以在图7至11中观察到的，提出的变压器模型可以用于调整典型的有源滤波器控制的电流参考，即使在变压器的参数不对称的情况下也没有使其性能降级（参见图7和9）。为了在变压器参数高度不对称时具有增强的性能，同步电压u_{Sync_1}和u_{Sync_2}可以用于计算变压器的次级侧上的电压rms值以便对提出的数学模型执行调整（参见图10）。

提出的变压器的模型可以在具有一个或多个有源滤波器的多脉冲系统配置中使用（参见图8和11）。对于单个有源滤波器解决方案，多脉冲系统3无法消除的所有无功功率将由该转换器处理。对于多个有源滤波器解决方案，所有无功功率在有源滤波器之间平等地分享。此外，提出的策略可以用于ESP系统，其包括具有dc-或ac-侧平滑电感器的配置中的电力供应（参见图8和11）。

注意，如果12脉冲系统总加载由两个变压器平等地分享，如在图12（a）中提出的，则系统自然地使第5和第7谐波被平衡（参见图12（b）、12（c）和12（d））。在该配置中，由安装的有源滤波器24处理的功率被减小，因为它仅处理>第7电流谐波。然而，为了采用该解决方案，可以考虑总装置成本的增加，其将主要源于必需更多的电力电缆线路。

通过利用多脉冲系统和有源滤波器解决方案的组合而遵从谐波准则的ESP系统可以如在下面描述的那样来布置：

a)有源滤波器解决方案24直接连接到多脉冲变压器3的中压侧2，如在图13（a）中示出的。在该配置中，需要中压半导体/传感器，其使有源滤波器解决方案24的成本增加。此外，对于高压和相对低电流的开关导致半导体的不足利用。

b)为了克服在图13（a）中描绘的配置的缺点，可以使用外部MV/LV变压器45来对有源滤波器24馈电，如在图13（b）中示出的。在该情况下，可以实现有源滤波器半导体的更好利用；然而，需要一个额外的MV/LV变压器45，其与有源滤波器24一样处理相同量的功率，从而使系统的成本增加。

c)为了降低由有源滤波器24和在图13（b）中提出的额外的变压器45两者处理的功率，可以使用混合滤波器解决方案，如在图13（c）中示出的。在该情况下，可以实现半导体的良好利用和更有效的系统（由有源滤波器处理的功率更少）；然而，需要高压额定无源元件46。此外，在多脉冲变压器的次级绕组上的不平衡加载的情况下，系统将不完全补偿线路的第5和第7电流谐波，并且可能需要额外的第5和第7谐波无源滤波器。

d)具有特殊的MV/LV变压器3的系统配置在图13（d）中示出。在该情况下，有源滤波器24安装在变压器3的低压侧22上，但特殊的配电变压器3的额外成本将是非常高的。

e)具有直接安装在变压器的低压侧22上的有源滤波器24的系统在图13（e）中示出。在该情况下，存在对于变压器的每个次级绕组使用仅一个有源滤波器结构24或一个有源滤波器24的可能性。有源滤波器24意在用于高阶谐波电流减轻（>第7谐波），以及用于平衡第5和第7电流谐波，其在变压器的加载不平衡的情况下可以由多脉冲系统3有效地消除。由于有源滤波器24安装在低压变压器侧22上这一事实，使用IGBT和具有更好损耗和绝缘特性的电路组件。

f)具有直接安装在变压器的低压侧上的有源滤波器24以及用自耦变压器和非线性负载44建立的多脉冲系统3的系统（其可以是ESP电力供应11）在图13（f）中示出。在该情况下，不需要有配置作为多脉冲系统的MV/LV变压器；然而，将需要大约20%的ESP加载功率的自耦变压器处理（高成本）。可以采用典型的商业可用有源滤波器。

如可以在图5中观察到的，提出的有源滤波器参考电流生成策略未考虑系统变压器的寄生特征或不对称。为了分析对采用提出的理想变压器电流模型的系统性能的寄生影响，考虑由B. Kaku et al.，IEEE Proceedings，electric power applications，Vol. 144，pp 182-190，1997提出的MV/LV油电力变压器的频率相关模型被考虑用于评估（参见图14）。如在下面描述的，执行在图6中描绘的系统模拟（假设理想的Dd0变压器和现实的Dy1变压器）：

a)调查关于系统的第5和第7电流谐波减轻的现实的Dy1变压器的次级绕组之间变压器匝数比不对称的影响。标绘出独立于Dy1变压器的次级绕组之间的匝数比变化的最大百分比的系统MV侧上的剩余第5和第7电流谐波（以基波分量的百分比计）的图在图15中描绘（图15（a）对于一个AF并且15（b）对于两个AF解决方案）。如可以观察到的，甚至对高度不对称的变压器保持系统线路质量。此外，一个或两个有源滤波器解决方案的电流减轻性能是非常相似的。

b)考虑具有对称相位特性的Dd0和Dy1变压器两者（对于每个变压器，次级绕组具有相似的寄生和匝数比值）；然而，Dy1变压器的匝数比与12脉冲系统的理论值成比例地变化（（△n+1）n√3）。这里，未调整变压器电流参考模型。图15（c）和15（d）分别示出作为对一个AF和两个AF解决方案的基波分量的百分比的第5和第7线路电流谐波减轻性能。如可以观察到的，提出的变压器模型在有源滤波器参考信号上产生误差，其可以使系统减轻性能降级。为了克服该缺点，同步电压u_{Sync_1}和u_{Sync_2}可以用于计算变压器的次级侧22上的电压rms值来对参考数学模型执行必要的调整（同样参见图10）。

c)调查变压器的寄生变化（漏电感和绕组电阻）对系统的第5和第7电流谐波减轻性能的影响。变压器寄生特性上的变化在Dy1现实相位参数的每一个中对称地实施为（△+1）Lσ和（△+1）Rσ。图15（e）和15（f）分别呈现出用该实验对一个有源滤波器24和两个有源滤波器24解决方案所获得的结果。如可以观察到的，甚至对于变压器的高寄生分量值保持系统线路质量。

也在实验上证实用提出的ESP系统实现的线路质量改善。因此，为了验证提出的变压器模型，在图6中示出的电路设置被设置。用于使初级到次级绕组相移30度的变压器是具有√3:1匝数比的Dy1型变压器。12kVAr有源滤波器添加在Dd0变压器次级侧上来减轻构造的12脉冲系统的剩余谐波。测试设置电路图在图6中示出。然而，未采用Dd0变压器并且只使用一个有源滤波器。

结果在图16a）-e）中给出。图16a示出12脉冲变压器具有平衡加载的情况，并且由于该原因，有源滤波器只处理高阶谐波（>第7谐波）。图16b至图16e呈现不平衡的12脉冲系统的实验波形。

如可以在图16中注意到的，当消耗的线路电流具有正弦形状时，ESP系统可以遵从谐波准则。因此，提出的变压器电流有源滤波器控制，即使在12脉冲变压器的参数不对称的情况下也没有使系统性能降级。

如在图16中示出的，分路有源滤波器可以有效地补偿具有阶大于第7阶的电流谐波。另外，它将Dd0次级侧上的第5和第7谐波调整成与Dy1次级侧上的第5和第7谐波一样具有相同的幅度。这样，12脉冲系统可以消除第5和第7谐波，并且研究的ESP系统消耗接近正弦形状的线路电流。

参考标记的列表

1电源，公共馈电2低或中压电平线路，变压器的初级侧3配电变压器，12脉冲系统4加载有颗粒物（例如煤尘）的气流5静电除尘器6进口区段7中间区段8出口区段9烟囱10净化的废气11电力供应12输入整流器13全电桥逆变器14谐振回路15输出整流器16变压器和非理想性17AC侧平滑电感器18DC链路电容器19串联电容器20串联电感器21变压器22低压电平，变压器的次级侧23DC侧平滑电感器24有源滤波器25低压电平上的电流传感器，有源滤波器电流参考26低压电平上的电压传感器27有源滤波器线路28初级电流预测29次级电流调整参考，有源滤波器的最终输入参考30空间向量调制31变压器电流模型32理想变压器模型33低通滤波器36△△变压器37△Ｙ变压器38直接连接在中压侧上39由变压器连接在中压侧上40连接在中压侧上的混合滤波器41低压侧上的附加绕组42连接在每个次级绕组中的有源滤波器43自耦变压器以及每个次级绕组中连接的有源滤波器44非线性负载45对有源滤波器的变压器46对谐波的第11、13阶的高通滤波器47低压侧上的附加绕组48电源电压49线路电流50没有补偿的12脉冲电流51有源滤波器电流CH电流谐波（基波的%）ESP静电除尘器OH谐波的阶PLL锁相环PS1电力供应1PS2电力供应2PSn-1电力供应n-1PSn电力供应n