基于分頻控制的并聯(lián)型APF關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電能作為一種最廣泛使用的能源，其應(yīng)用和發(fā)展程度是一個(gè)國家發(fā)展水平和綜合國力的重要標(biāo)志之一。電力電子等非線性設(shè)備的普及為電能應(yīng)用提供了高效節(jié)能的控制途徑，但也給電網(wǎng)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(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，將為提高公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量發(fā)揮重要的作用。由于并聯(lián)型有源電力濾波器安裝維護(hù)方便，成為目前工業(yè)化應(yīng)用的主流，本文將以分頻控制為基礎(chǔ)對(duì)有源電力濾波器的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究

2、。
　　 本文首先簡(jiǎn)要介紹了諧波的產(chǎn)生、危害及其主要的治理手段，概述了國際與國內(nèi)針對(duì)諧波問題所制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，介紹了有源電力濾波器的分類、基本原理以及國內(nèi)外理論和工業(yè)化應(yīng)用發(fā)展情況。
　　 為提高有源電力濾波器的補(bǔ)償精度、減小其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間和增強(qiáng)補(bǔ)償?shù)撵`活性，本文對(duì)多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的比例積分無靜差控制策略進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了基于靜止坐標(biāo)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(shù)學(xué)角度分析了不同坐標(biāo)系下兩種控

3、制器的等效關(guān)系，對(duì)比了兩種控制方案之間異同。多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的比例積分指定次無靜差分頻控制將負(fù)載電流中某次諧波電流信號(hào)通過與該指定次諧波電流角速度同步的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化成直流量，提取出此直流量進(jìn)行比例積分控制，理論上可以做到對(duì)指定次負(fù)載諧波電流無靜差跟蹤，同時(shí)比例積分控制是基于載波周期時(shí)間調(diào)節(jié)的，因此動(dòng)態(tài)性能好，在非線性負(fù)載變化強(qiáng)烈的場(chǎng)合具有優(yōu)越的魯棒性。靜止坐標(biāo)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(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流的無靜差分頻補(bǔ)償，載波周期的調(diào)節(jié)同樣保證了比例諧振控制器具有較好的動(dòng)態(tài)性能。同時(shí)本文對(duì)比了兩種指定次無靜差分頻控制策略在不平衡負(fù)載諧波電流情況下的性能。
　　 為充分利用現(xiàn)有的小容量有源電力濾波器技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)其在低壓大功率場(chǎng)合下的應(yīng)用，本文基于多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)控制策略，即按照諧波含量的不同，優(yōu)化并聯(lián)系統(tǒng)中不同容量有源電力濾波器的

5、應(yīng)用，容量較大的有源電力濾波器集中補(bǔ)償含量高的諧波，容量較小的有源電力濾波器補(bǔ)償含量低的諧波，以達(dá)到大功率場(chǎng)合情況下無靜差的控制。為保證并聯(lián)系統(tǒng)中各臺(tái)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(hù)策略，指出了他們的不足之處并提出了改進(jìn)方案。同時(shí)，為減小并聯(lián)系統(tǒng)向電網(wǎng)注入的開關(guān)頻率諧波電流，本文在并聯(lián)系統(tǒng)中采用了載波相移技術(shù)。
　　 目前對(duì)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(jìn)行的，而在實(shí)際

6、現(xiàn)場(chǎng)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(shù)為補(bǔ)償目標(biāo)和以完美無諧波為補(bǔ)償目標(biāo)的兩種指令提取技術(shù)，本文首先對(duì)這兩種指令提取方式進(jìn)行了介紹，從理論上分析得出這種指令提取技術(shù)對(duì)補(bǔ)償后系統(tǒng)公共耦合點(diǎn)電壓的影響，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)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(shù)的最優(yōu)化指令提取技術(shù)，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(shù)得出各相相應(yīng)的電導(dǎo)常數(shù)，最后根據(jù)所求得的各頻率諧波電壓和電導(dǎo)常數(shù)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(shù)并沒有徹底消除系統(tǒng)側(cè)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(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)使三相不平衡畸變系統(tǒng)的功率因數(shù)得到最大。
　　 并聯(lián)型有源電力濾波器在對(duì)常用的電壓源型非線性負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)會(huì)出現(xiàn)諧波電流放大的現(xiàn)象，成為其工業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)很大限制。本文以典型的不控整流裝置接電容電阻負(fù)載作

8、為電壓源型非線性負(fù)載，在分析其負(fù)載輸入阻抗特性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了并聯(lián)型有源電力濾波器對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)的諧波電流放大效應(yīng)，闡明了系統(tǒng)等效阻抗、負(fù)載交流側(cè)等效阻抗和負(fù)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(yīng)的可行方法，并簡(jiǎn)要給出了設(shè)計(jì)方案。
　　 在上述研究分析的基礎(chǔ)上，研制了兩臺(tái)三相三線并聯(lián)型有源電力濾波裝置。在裝置基礎(chǔ)上，對(duì)上述提出的控制策略進(jìn)行了大量的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)有源電力濾波器的工業(yè)化應(yīng)用