三相四線制并聯(lián)有源濾波器若干問題的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種電力電子裝置得到了廣泛的應(yīng)用，但也給電網(wǎng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染，威脅著電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全。我國的低壓配電系統(tǒng)主要采用三相四線制方式供電。三相四線系統(tǒng)中主要有對(duì)稱的三相負(fù)載和單相負(fù)載，這些負(fù)載大多具有非線性特性及不對(duì)稱性，這將在系統(tǒng)中產(chǎn)生很大的諧波電流及過大的中線電流。對(duì)稱三相非線性負(fù)載產(chǎn)生正序諧波和負(fù)序諧波，但單相非線性負(fù)載雖然單臺(tái)功率較小，但因其數(shù)量龐大，將在電網(wǎng)中產(chǎn)生大量的零序諧波電流，而且在中線上相

2、互疊加，所產(chǎn)生的諧波是極其嚴(yán)重的。它一方面使得中線電流大大超過額定值，可能導(dǎo)致中線故障，產(chǎn)生中點(diǎn)移位，造成用戶端相電壓不平衡，影響用電安全;另一方面可能使設(shè)備因過熱而損壞絕緣，危及設(shè)備安全。此外，電力系統(tǒng)中的諧波電流還將增加線路損耗，降低功率因數(shù)等。所以，三相四線制系統(tǒng)中的諧波抑制、中線電流消除及三相電流平衡具有重要的意義，已成為電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題的研究熱點(diǎn)。
　　針對(duì)目前采用四橋臂有源濾波器解決三相四線制系統(tǒng)中的諧波及中線電流

3、過大等問題，本文開展了以下幾個(gè)方面的研究工作。
　　首先，討論了基于瞬時(shí)無功功率理論的三相四線制系統(tǒng)諧波電流檢測方法，分析和比較了p-q法和p-q-r法的原理及特點(diǎn)?；谒矔r(shí)無功功率理論的諧波檢測方法的原理是通過坐標(biāo)變換，將三相電流中基波正序分量變換為直流分量，諧波及基波負(fù)序分量變換為交流分量，采用低通濾波器分離直流分量和交流分量，經(jīng)反變換后得到含無功分量及諧波分量的參考電流信號(hào)。但當(dāng)電源電壓不對(duì)稱或含有諧波時(shí)，坐標(biāo)變換后的直流分

4、量將含有基波負(fù)序分量，因此，常規(guī)的p-q法無法得到良好的效果，這可通過鎖相環(huán)提取電源電壓正序分量來消除檢測誤差。論文分析了常規(guī)鎖相環(huán)的原理及結(jié)構(gòu)，提出了一種新的基于非線性PI調(diào)節(jié)器的三相鎖相環(huán)及三相四線制系統(tǒng)的改進(jìn)p-q諧波檢測算法，仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提算法具有更好的檢測精度及動(dòng)態(tài)性能。
　　其次，基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測方法雖然是一種應(yīng)用非常廣泛的方法，但需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換、低通濾波器及鎖相環(huán)等。為此，針對(duì)三相四線制系統(tǒng)

5、的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種基于二維線性濾波器的三相四線制系統(tǒng)諧波電流檢測方法。該方法將三相四線制系統(tǒng)分解為3個(gè)獨(dú)立的單相系統(tǒng)，用3個(gè)二維線性濾波器分別提取不對(duì)稱的各相基波電流分量，再通過瞬時(shí)對(duì)稱分量計(jì)算，得到三相系統(tǒng)的基波電流正序分量，從而提取出諧波電流及無功電流分量。二維線性濾波器是基于自適應(yīng)陷波器構(gòu)造，與系統(tǒng)參數(shù)及電源電壓無關(guān)，因此，所提算法具有很好的魯棒性，且檢測精度與電源電壓無關(guān)，且無需低通濾波器及鎖相環(huán)。在對(duì)稱電源電壓、不對(duì)稱電源

6、電壓、對(duì)稱畸變電源電壓及不對(duì)稱畸變電源電壓四種情況下的仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提方法的正確性和有效性。
　　再者，電流滯環(huán)控制因其無條件的穩(wěn)定性、響應(yīng)的快速性、與系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)、很高的控制精度及實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在有源濾波器的電流控制中得到廣泛運(yùn)用，但其最大的問題是開關(guān)頻率不固定，開關(guān)管的損耗較大。通過理論分析和系統(tǒng)仿真，確定了常規(guī)滯環(huán)控制方式下影響開關(guān)頻率的主要因素，提出了一種模糊自適應(yīng)的可變環(huán)寬滯環(huán)控制算法。算法根據(jù)電源電壓的變化及

7、跟蹤電流偏差信號(hào)的變化，動(dòng)態(tài)地調(diào)整滯環(huán)的寬度，有效地減小了開關(guān)管的開關(guān)頻率及其變化范圍，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)定頻的滯環(huán)控制。通過對(duì)常規(guī)滯環(huán)控制、自適應(yīng)滯環(huán)控制及模糊自適應(yīng)滯環(huán)控制三種方式下的仿真及實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，模糊自適應(yīng)滯環(huán)控制方式相較于常規(guī)滯環(huán)控制方式，開關(guān)管開關(guān)頻率下降了近60％，頻率變化范圍僅約為原來的30％。
　　此外，通過對(duì)單相不對(duì)稱三電平逆變器結(jié)構(gòu)及原理的深入分析，提出了一種三相四橋臂三電平不對(duì)稱逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，討論了三相四橋臂

8、不對(duì)稱三電平結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了基于abc坐標(biāo)系下四橋臂不對(duì)稱三電平逆變器的SVPWM控制算法。研究了單相不對(duì)稱三電平逆變器結(jié)構(gòu)及空間矢量調(diào)制算法，并將其應(yīng)用于有源濾波器中，實(shí)現(xiàn)了諧波抑制。對(duì)單相不對(duì)稱三電平逆變器的直流側(cè)中點(diǎn)電位變化的原因進(jìn)行了分析，提出了三電平不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的雙閉環(huán)中點(diǎn)控制方法，較好地實(shí)現(xiàn)了中點(diǎn)電位的控制。通過仿真及實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提結(jié)構(gòu)及控制方法的正確性和有效性。
　　最后，以TMS320F2812 DSP為控制核心，