大功率注入式有源電力濾波器的理論研究及工程應(yīng)用.pdf

1、世界范圍內(nèi)電力市場(chǎng)改革的目標(biāo)在于提高電力生產(chǎn)與運(yùn)行的效率,提供更加完善的電力系統(tǒng)輔助服務(wù),用以提高電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定,加強(qiáng)電力系統(tǒng)的可靠性,并保證較高的電能質(zhì)量。但隨著大量新型電力電子設(shè)備投入電網(wǎng)中實(shí)用,一方面給電能的變換和應(yīng)用帶來(lái)了方便,另一方面又給電力系統(tǒng)帶來(lái)了較嚴(yán)重的電能質(zhì)量問(wèn)題,如諧波污染、無(wú)功問(wèn)題、電壓波動(dòng)及不平衡等。無(wú)源濾波器(PassiveFilter,簡(jiǎn)稱(chēng)PF)作為傳統(tǒng)的諧波治理手段,由于存在只能濾除特定次諧波和可能與

2、電網(wǎng)發(fā)生串并聯(lián)諧振等缺點(diǎn),將逐步被新型裝置所取代。有源電力濾波器(Active Power Filter,簡(jiǎn)稱(chēng)APF)被公認(rèn)為是治理電網(wǎng)諧波及無(wú)功污染、改善電能質(zhì)量最有效的手段,現(xiàn)己成為電力電子技術(shù)應(yīng)用中一個(gè)比較新的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)最基礎(chǔ)、最實(shí)用并且最利于產(chǎn)業(yè)化的并聯(lián)型有源電力濾波器進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的理論與應(yīng)用研究,為其在廠礦企業(yè)的實(shí)用化奠定了較好的基礎(chǔ)。
　　 本文首先根據(jù)某廠礦企業(yè)的中高壓配電網(wǎng)治理諧波的實(shí)際情況,綜合

3、考慮諧波治理以及無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)纫?提出了一種新型大功率單獨(dú)注入式有源電力濾波器(High-capacity Active Power Filter with Single Injection Circuit,簡(jiǎn)稱(chēng)HAPFSIC),其注入支路給諧波提供一條低阻抗的通道,阻隔電網(wǎng)電壓并能補(bǔ)償一定的無(wú)功,而流過(guò)注入支路的基波電流都將流入諧振于基波頻率的串聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)中,使HAPFSIC的逆變器容量較小兼具一定容量的無(wú)功靜補(bǔ)能力。在根據(jù)HAPF

4、SIC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立了控制系統(tǒng)方程后,依次對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、補(bǔ)償特性等進(jìn)行了深入研究和仿真分析,得出該裝置有源部分承受的電網(wǎng)基波電壓不大,也沒(méi)有基波電流流入,逆變器容量小,初期投資較小的結(jié)論。
　　 準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流,為有源電力濾波器控制系統(tǒng)進(jìn)行精確補(bǔ)償提供參考信號(hào),是決定有源電力濾波器補(bǔ)償性能優(yōu)劣的關(guān)鍵,本文考慮了實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的電網(wǎng)電壓頻率緩慢變化和基波電流發(fā)生突變的情況,在兼顧滿足有源電力濾波器

5、諧波檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求的前提下,提出了一種基于擴(kuò)展普羅尼譜估計(jì)的自適應(yīng)頻率跟蹤電流分頻檢測(cè)算法。這種方法是用具有幅值、相位和頻率的N個(gè)指數(shù)組合來(lái)逼近一個(gè)等間隔長(zhǎng)度為L(zhǎng)的采樣數(shù)據(jù)序列,采用自適應(yīng)調(diào)整算法中LMS算法在線優(yōu)化擴(kuò)展普羅尼譜估計(jì)法中電導(dǎo)矩陣的頻率,該算法僅需求解幅值,計(jì)算量很小,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了在小于一個(gè)基波周期的時(shí)間內(nèi)跟蹤負(fù)載的變化。
　　 選擇不同的有源濾波器控制方法將直接影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和諧波治理效果,而

6、HAPFSIC是電力電子開(kāi)關(guān)器件的變流器,是一個(gè)天然的變結(jié)構(gòu)系統(tǒng),采用滑模變結(jié)構(gòu)控制具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。但傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制中控制器的結(jié)構(gòu)只在切換曲面兩側(cè)變化,不能夠無(wú)靜差地跟蹤參考輸入信號(hào),因此根據(jù)本系統(tǒng)中大多數(shù)負(fù)載(如整流器、電機(jī)、計(jì)算機(jī)等電氣設(shè)備)的電流變化緩慢(相對(duì)于電網(wǎng)基波周期),并呈現(xiàn)出周期性的特點(diǎn),本文提出了一種基于重復(fù)預(yù)測(cè)的改進(jìn)滑模變結(jié)構(gòu)控制算法,它結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制算法響應(yīng)速度快和重復(fù)控制算法無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點(diǎn),兼顧了動(dòng)

7、態(tài)性能和控制精度的統(tǒng)一,不會(huì)使得電網(wǎng)電流出現(xiàn)明顯的高頻開(kāi)關(guān)毛刺,非常適合于HAPFSIC的控制,完全能夠滿足廠礦企業(yè)配電網(wǎng)諧波治理應(yīng)用的要求。
　　 最后本文在理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)江西某廠有源電力濾波器應(yīng)用的實(shí)例,以系統(tǒng)能量成本和濾波裝置投資成本最小化為目的,提出了一套包括HAPFSIC的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容的諧波抑制方案,可為并聯(lián)型有源電力濾波器的推廣應(yīng)用提供有益的參考和借鑒。該應(yīng)用方案對(duì)HAPFSIC中主電路