模塊化多機(jī)并聯(lián)型低壓大電流有源濾波關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、低壓大電流諧波污染源，例如軋鋼、電解鋁、商場(chǎng)照明等，廣泛存在于電網(wǎng)中，這些諧波污染源對(duì)電網(wǎng)及用電設(shè)備的用電可靠性會(huì)帶來嚴(yán)重影響。相較于無源型濾波裝置的諸多不足，有源型濾波裝置具有高度可控性以及快速響應(yīng)性能，可以實(shí)時(shí)、高精度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波，因而被公認(rèn)為治理電能質(zhì)量問題最有效的技術(shù)手段。隨著近幾年用電設(shè)備的不斷增加，電網(wǎng)中的大電流諧波污染源逐漸成為威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，因此低壓大電流諧波治理技術(shù)成為近幾年的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)

2、。單機(jī)擴(kuò)容受限于器件容量、開關(guān)頻率、散熱處理、可靠性以及成本，而模塊化多機(jī)并聯(lián)技術(shù)擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高，并且可以使用冗余控制技術(shù)，是突破這一瓶頸的有效手段。本文針對(duì)模塊化多機(jī)并聯(lián)型有源濾波的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，為實(shí)現(xiàn)高可靠性、高精度的低壓大電流有源濾波提供有力技術(shù)支持。
　　首先，在并機(jī)系統(tǒng)單機(jī)諧波電流控制策略方面，創(chuàng)新地從諧波控制系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和諧波獨(dú)立控制三方面功能的角度，分類對(duì)比現(xiàn)有APF諧波控制策略，進(jìn)一步分別提出了選擇次

3、補(bǔ)償和全補(bǔ)償兩種運(yùn)行模式下的改進(jìn)諧波分次檢測(cè)結(jié)合集中電流環(huán)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)諧波獨(dú)立控制三方面功能的同時(shí)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)算量少且不易引起電流環(huán)穩(wěn)定性問題;接著針對(duì)所提諧波獨(dú)立控制結(jié)構(gòu)，以多同步坐標(biāo)系諧波分次檢測(cè)結(jié)合采用單PI控制器集中電流環(huán)為例，定性和定量分析集中電流環(huán)靜差，給出了校準(zhǔn)的具體方法，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面分析和驗(yàn)證了所提方法的有效性和可行性。
　　其次，在并機(jī)系統(tǒng)多機(jī)諧波補(bǔ)償協(xié)調(diào)策略方面，對(duì)比研究APF三種傳統(tǒng)型模塊化并聯(lián)運(yùn)

4、行方式，即分布式控制方式、集中控制+均流補(bǔ)償方式、集中控制+分次補(bǔ)償方式，進(jìn)一步結(jié)合典型低壓大電流諧波污染源的負(fù)載特性，提出了兩種改進(jìn)型多機(jī)協(xié)調(diào)控制策略，即多機(jī)全補(bǔ)償與分次補(bǔ)償組合方式、雙補(bǔ)償點(diǎn)多機(jī)分次且開閉環(huán)結(jié)合方式，所提方法充分利用了閉環(huán)諧波分次補(bǔ)償在穩(wěn)定性能方面的高精度和低頻段可大電流特性，以及開環(huán)諧波全補(bǔ)償在動(dòng)態(tài)性能方面的高速性和補(bǔ)償頻次范圍寬特性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)冗余運(yùn)行的高可靠性。針對(duì)兩種改進(jìn)型協(xié)調(diào)策略進(jìn)行了全面的仿真和實(shí)驗(yàn)，

5、所得結(jié)果顯示，在并機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)策略實(shí)現(xiàn)大容量諧波補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)了高補(bǔ)償精度和高可靠性。
　　然后，在并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和控制方面，針對(duì)弱電網(wǎng)或并機(jī)數(shù)量較多時(shí)多機(jī)間存在復(fù)雜強(qiáng)耦合情況、以及所有源濾波器單元和諧波負(fù)載存在直接耦合情況，首次提出有源濾波諧波控制環(huán)導(dǎo)納，與電流環(huán)導(dǎo)納一起構(gòu)成有源濾波單元的兩端口等效電路，形成全導(dǎo)納形式的有源濾波并機(jī)系統(tǒng)等效電路，從而通過簡(jiǎn)單的電路分析，即可得到并機(jī)系統(tǒng)所有響應(yīng)表達(dá)式;進(jìn)一步提出了全局耦合增益

6、多項(xiàng)式，可以定性和定量描述出多機(jī)間耦合關(guān)系的同時(shí)，其傳遞函數(shù)穩(wěn)定性決定了并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且表達(dá)式易于得到，不受并機(jī)單元數(shù)量影響;針對(duì)全局耦合增益?zhèn)鬟f函數(shù)穩(wěn)定性的判斷，通過分析全局導(dǎo)納頻域特性，創(chuàng)新地提出了并機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性判定方法，由于全局導(dǎo)納頻域特性易于得到，所以該方法可以很容易判斷出并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性，進(jìn)一步從全局導(dǎo)納頻域特性角度得出并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性程度的定量解釋，即全局導(dǎo)納所有諧振點(diǎn)處的阻尼值;以改善所提并機(jī)系統(tǒng)全局導(dǎo)納諧振頻次處阻尼特

7、性為目標(biāo)，提出了多種基于導(dǎo)納重塑的并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性控制方法，通過仿真四種情況（電網(wǎng)阻抗變化，并機(jī)數(shù)量增加，增加穩(wěn)定性間接控制和增加穩(wěn)定性直接控制），得出了并機(jī)系統(tǒng)輸出電流和對(duì)應(yīng)的全局導(dǎo)納波特，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　最后，在工業(yè)樣機(jī)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)實(shí)驗(yàn)方面，從功率電路、控制電路和控制程序三個(gè)角度，全面給出了三相四線四臂式APF樣機(jī)設(shè)計(jì)，特別針對(duì)主電路并網(wǎng)接口，創(chuàng)新地提出了四支路四相獨(dú)立濾波電路拓?fù)?，并通過并網(wǎng)接口濾波性能