基于分頻控制的并聯型APF關鍵技術研究.pdf

1、電能作為一種最廣泛使用的能源，其應用和發(fā)展程度是一個國家發(fā)展水平和綜合國力的重要標志之一。電力電子等非線性設備的普及為電能應用提供了高效節(jié)能的控制途徑，但也給電網帶來了不可忽視的諧波干擾。有源電力濾波器作為一種高效、安全、穩(wěn)定的諧波治理手段，成為電力電子技術領域的研究熱點，將為提高公用電網的電能質量發(fā)揮重要的作用。由于并聯型有源電力濾波器安裝維護方便，成為目前工業(yè)化應用的主流，本文將以分頻控制為基礎對有源電力濾波器的關鍵技術問題進行研究

2、。
　　 本文首先簡要介紹了諧波的產生、危害及其主要的治理手段，概述了國際與國內針對諧波問題所制定的相關標準，介紹了有源電力濾波器的分類、基本原理以及國內外理論和工業(yè)化應用發(fā)展情況。
　　 為提高有源電力濾波器的補償精度、減小其動態(tài)響應時間和增強補償的靈活性，本文對多同步旋轉坐標系下的比例積分無靜差控制策略進行了改進，并提出了基于靜止坐標系下的比例諧振控制指定次諧波無靜差分頻控制策略，并從數學角度分析了不同坐標系下兩種控

3、制器的等效關系，對比了兩種控制方案之間異同。多同步旋轉坐標系下的比例積分指定次無靜差分頻控制將負載電流中某次諧波電流信號通過與該指定次諧波電流角速度同步的旋轉坐標變換轉化成直流量，提取出此直流量進行比例積分控制，理論上可以做到對指定次負載諧波電流無靜差跟蹤，同時比例積分控制是基于載波周期時間調節(jié)的，因此動態(tài)性能好，在非線性負載變化強烈的場合具有優(yōu)越的魯棒性。靜止坐標系下的比例諧振指定次無靜差控制策略通過比例諧振控制器在指定次諧波電流頻率

4、處無窮大的增益實現對諧波電流的無靜差分頻補償，載波周期的調節(jié)同樣保證了比例諧振控制器具有較好的動態(tài)性能。同時本文對比了兩種指定次無靜差分頻控制策略在不平衡負載諧波電流情況下的性能。
　　 為充分利用現有的小容量有源電力濾波器技術優(yōu)勢實現其在低壓大功率場合下的應用，本文基于多同步旋轉坐標系指定次無靜差分頻控制策略提出了有源電力濾波器按容量極限比例分頻段補償的并聯控制策略，即按照諧波含量的不同，優(yōu)化并聯系統(tǒng)中不同容量有源電力濾波器的

5、應用，容量較大的有源電力濾波器集中補償含量高的諧波，容量較小的有源電力濾波器補償含量低的諧波，以達到大功率場合情況下無靜差的控制。為保證并聯系統(tǒng)中各臺有源電力濾波器安全可靠的工作，本文分析了目前常用的兩種限流保護策略，指出了他們的不足之處并提出了改進方案。同時，為減小并聯系統(tǒng)向電網注入的開關頻率諧波電流，本文在并聯系統(tǒng)中采用了載波相移技術。
　　 目前對有源電力濾波器的研究主要集中在系統(tǒng)電源電壓平衡無畸變的情況下進行的，而在實際

6、現場中，不平衡畸變電源情況越來越多。在不平衡畸變電壓情況下，主要有以單位功率因數為補償目標和以完美無諧波為補償目標的兩種指令提取技術，本文首先對這兩種指令提取方式進行了介紹，從理論上分析得出這種指令提取技術對補償后系統(tǒng)公共耦合點電壓的影響，在此基礎上，根據IEEE-1459提出了一種不平衡畸變電源電壓下基于Lagrangian非線性函數的最優(yōu)化指令提取技術，首先利用遞歸傅里葉變換求出各相基波和各主要頻率諧波電壓，然后基于Lagrangi

7、an非線性最優(yōu)化函數得出各相相應的電導常數，最后根據所求得的各頻率諧波電壓和電導常數得出所需要的優(yōu)化后的電流指令。本文所提出的最優(yōu)化指令提取技術并沒有徹底消除系統(tǒng)側電流的不平衡和畸變，但是可使得各相電流畸變率在滿足標準要求的同時使三相不平衡畸變系統(tǒng)的功率因數得到最大。
　　 并聯型有源電力濾波器在對常用的電壓源型非線性負載進行補償時會出現諧波電流放大的現象，成為其工業(yè)化應用的一個很大限制。本文以典型的不控整流裝置接電容電阻負載作

8、為電壓源型非線性負載，在分析其負載輸入阻抗特性的基礎上，重點研究了并聯型有源電力濾波器對其進行補償時的諧波電流放大效應，闡明了系統(tǒng)等效阻抗、負載交流側等效阻抗和負載本身的阻抗特性是引起諧波電流放大的根本原因，提出了限制這種電流放大效應的可行方法，并簡要給出了設計方案。
　　 在上述研究分析的基礎上，研制了兩臺三相三線并聯型有源電力濾波裝置。在裝置基礎上，對上述提出的控制策略進行了大量的仿真和實驗驗證，對有源電力濾波器的工業(yè)化應用