新型大功率串聯(lián)諧振注入式混合有源濾波器的研究.pdf

1、本論文以變電站的諧波治理為研究目標(biāo)，以本文提出的新型串聯(lián)諧振注入式混合有源濾波器SRITHAF(seriesresonantinjectiontypehybridactivefilter)的理論和工程應(yīng)用為主線(xiàn)，研究的主要內(nèi)容包括SRITHAF的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和原理、輸出濾波器的性能分析及參數(shù)優(yōu)化、緩沖電路的性能分析及參數(shù)優(yōu)化、電流跟蹤控制方法和工程實(shí)現(xiàn)等幾個(gè)方面。 針對(duì)變電站不僅需要治理諧波，同時(shí)需要提供一定容量的無(wú)功功率的要求，通

2、過(guò)對(duì)現(xiàn)有有源濾波器的分析，本論文提出了一種新型串聯(lián)諧振注入式混合有源濾波器SRITHAF。其原理是，SRITHAF的有源部分等效于在電網(wǎng)支路中串聯(lián)了一個(gè)諧波阻抗，該諧波阻抗對(duì)基波電流不起作用，而對(duì)諧波電流產(chǎn)生很大阻礙作用，迫使諧波電流流入無(wú)源濾波器，從而達(dá)到濾除諧波的目的。SRITHAF不僅能夠有效地濾除無(wú)源濾波器組諧振頻率的諧波電流，而且還可以對(duì)非無(wú)源濾波器組諧振頻率的諧波電流有一定的濾除能力。同時(shí)SRITHAF還充分利用了無(wú)源濾波器

3、的無(wú)功補(bǔ)償功能，在不增加有源部分容量的前提下，可以提供一定容量的無(wú)功功率。由于SRITHAF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，因此逆變器容量小，初期投資較小。此外，在電網(wǎng)阻抗變化和無(wú)源濾波器失諧的情況下SRITHAF仍具有良好的補(bǔ)償特性以及抑制系統(tǒng)串、并聯(lián)諧振的能力。 現(xiàn)有的輸出濾波器設(shè)計(jì)大多依賴(lài)工程經(jīng)驗(yàn)選取，易導(dǎo)致逆變器的工作效率不高，進(jìn)而影響系統(tǒng)補(bǔ)償能力的缺點(diǎn)。本文針對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)，提出了一種輸出濾波

4、器參數(shù)遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。該方法分析了輸出濾波器對(duì)大功率有源濾波系統(tǒng)濾波性能的影響，并在此基礎(chǔ)上綜合考慮了輸出濾波器的輸出性能、濾波性能和功耗散熱等要求，建立了優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，然后利用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)獲得優(yōu)化參數(shù)。優(yōu)化后的輸出濾波器不僅能有效地濾除開(kāi)關(guān)諧波，而且對(duì)逆變器輸出的補(bǔ)償諧波衰減很小，提高了逆變器的工作效率，進(jìn)而增強(qiáng)了有源濾波器的補(bǔ)償能力，同時(shí)輸出濾波器的功耗較小。 在分析緩沖電路工作過(guò)程的基礎(chǔ)上，得到功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)

5、斷尖峰的理論計(jì)算公式，提出了基于模糊優(yōu)化算法的緩沖電路多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法較全面地考慮了關(guān)斷尖峰電壓、成本和市場(chǎng)上可供選擇的元器件型號(hào)等問(wèn)題，以關(guān)斷尖峰電壓最小和成本最低為目標(biāo)，利用模糊優(yōu)化算法并行搜索最優(yōu)參數(shù)使得緩沖電路的綜合性能最佳。此外，優(yōu)化后的緩沖電路不需要緩沖二極管的串并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，便于工程應(yīng)用。 從有源濾波器輸出電流的跟蹤速度、跟蹤精度和開(kāi)關(guān)諧波三個(gè)方面，對(duì)常用的幾種電流跟蹤控制方法進(jìn)行了分析，指出了它們的優(yōu)缺點(diǎn)

6、，并提出了一種基于改進(jìn)型單神經(jīng)元參數(shù)自調(diào)整的遞推積分PI控制方法。針對(duì)控制參考信號(hào)為周期量這一特征，本文提出了遞推積分PI控制算法，消除了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。并且提出了一種基于改進(jìn)型單神經(jīng)元的參數(shù)自調(diào)整策略，利用模糊推理和自學(xué)習(xí)算法分時(shí)段在線(xiàn)調(diào)整控制器參數(shù)。這種調(diào)整策略將控制器參數(shù)看作由單神經(jīng)元的比例系數(shù)和加權(quán)系數(shù)兩部分組成，在誤差較大時(shí)采用模糊推理在線(xiàn)調(diào)整單神經(jīng)元的比例系數(shù)，用以提高系統(tǒng)的跟蹤速度，在誤差較小時(shí)采用自學(xué)習(xí)算法調(diào)整單神經(jīng)元的

7、加權(quán)系數(shù)，用以提高系統(tǒng)的魯棒性和自適應(yīng)能力。并且利用積分最小二乘指標(biāo)將系統(tǒng)模型降階，再根據(jù)Routh判據(jù)確定控制器參數(shù)的調(diào)整范圍，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，由于這種方法采用三角波脈寬調(diào)制方式，逆變器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)諧波較容易濾除。 在對(duì)變電站諧波治理方法進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)上，本論文最后提出了基于SRITHAF的濾波系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)方案。系統(tǒng)采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)，電流跟蹤控制采用下位機(jī)(TMS320LF2407)實(shí)現(xiàn)；對(duì)電網(wǎng)和SRITHAF