新型廣義有源電力濾波器的研究.pdf

1、廣義有源電力濾波器(Generalized Active Power Filter, GAPF)是一種采用電流間接控制的濾波器，其通過輸出與電網(wǎng)同步的正序基波電壓可以在不需要檢測負載電流的情況下有效地實現(xiàn)無功補償、諧波抑制、負序濾波及穩(wěn)定電壓等功能。GAPF雖然具有諸多優(yōu)點，但亦存在如下缺點和局限：1.輸出電壓的頻譜分布不集中；2.網(wǎng)側(cè)濾波電抗的功耗過高；3.無功補償精度與鎖相精度低；4.不具備有功調(diào)節(jié)能力。本文對GAPF做了深入研究，

2、針對上述缺點和局限，在調(diào)制策略、拓撲結(jié)構(gòu)、控制方法以及擴展功能等方面提出了一系列改善方法。
　　傳統(tǒng)GAPF采用特定消諧技術(shù)(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation, SHEPWM)。由于該技術(shù)的目的是根據(jù)具體需要來消除某些特定次數(shù)的諧波，故導致剩余諧波的含量大且分散，不易濾除。為改善 GAPF輸出電壓的頻譜分布，提高其性能，本文在 SHEPWM的基礎(chǔ)上提出諧波集

3、中型優(yōu)化 PWM技術(shù)，使頻譜中的剩余諧波集中在相鄰的兩個頻次，以便通過單調(diào)諧濾波器加以濾除。為保證迭代的收斂性，提出一種逐步計算初始值的方法。研究結(jié)果表明，諧波集中型優(yōu)化 PWM技術(shù)可在相同開關(guān)頻率下有效降低系統(tǒng)電流的諧波含量或網(wǎng)側(cè)濾波電抗的容量與功耗。
　　GAPF在被提出時采用兩電平逆變器，開關(guān)頻率很低，輸出電壓的諧波含量大，且為抑制輸出電壓對系統(tǒng)電流的諧波污染，網(wǎng)側(cè)濾波電抗需很大，導致功耗過高，這是其致命缺陷。為克服該缺陷，

4、提出一種采用新型三電平拓撲結(jié)構(gòu)的GAPF，其具有更好的安全性與實時性和更高的等效開關(guān)頻率，可有效降低輸出電壓的諧波含量和網(wǎng)側(cè)濾波電抗的容量與功耗；為提高裝置的動態(tài)性能及避免負載電壓的波動，提出調(diào)制比開環(huán)控制的方法，并推導了被控對象的小信號模型及 PI參數(shù)的整定原則；為解決直流側(cè)電壓的平衡問題，提出一種定量計算小矢量占空比的方法，可實現(xiàn)中性點電壓的精確調(diào)節(jié)。
　　GAPF的傳統(tǒng)控制方法是調(diào)制比恒定的單環(huán)相位角控制。該方法雖然簡單，但

5、只能實現(xiàn)近似補償，易產(chǎn)生過補或欠補現(xiàn)象。為克服上述缺陷，本文提出兩種提高無功補償精度的方法，可實現(xiàn)單位功率因數(shù)補償。給出了關(guān)于無功補償精度的定量分析；推導了被控對象的小信號模型及 PI參數(shù)的整定原則；并比較了這兩種方法的優(yōu)缺點。傳統(tǒng) GAPF通過過零檢測電路與系統(tǒng)電壓同步。該方法的動態(tài)性能差，且當系統(tǒng)電壓不平衡或存在畸變時，無法檢測出其中的正序基波的過零點，這會增強系統(tǒng)的非線性和降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為克服上述缺陷，本文提出基于 dq變換的

6、改進鎖相環(huán)，大幅提高了動態(tài)性能和鎖相精度。
　　傳統(tǒng) GAPF由直流側(cè)電容和電壓型逆變器組成，其本身是無源的，為保證輸出電壓的幅值，穩(wěn)態(tài)時需要從系統(tǒng)吸收一定的有功功率以補償自身損耗和維持直流側(cè)電壓，所以不具備有功調(diào)節(jié)能力。為提高性能和擴展功能，本文提出結(jié)合蓄電池儲能系統(tǒng)(Battery Energy Storage System, BESS)的方案。詳述了GAPF/BESS的拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理；建立了GAPF/BESS在 dq坐標