諧波抑制與無(wú)功補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、煤礦企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)大使電動(dòng)機(jī)的容量增大，煤炭開(kāi)采自動(dòng)化水平提升及其生產(chǎn)工藝的進(jìn)步使煤炭生產(chǎn)中變頻器的應(yīng)用增多，大容量電動(dòng)機(jī)造成的無(wú)功沖擊和變頻器引入的電流諧波造成煤礦采區(qū)供電的電能質(zhì)量下降。本文以煤礦采區(qū)配電系統(tǒng)為研究背景，以混合型有源濾波器(Hybrid Active Power Filter，HAPF)和H橋級(jí)聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)為對(duì)象進(jìn)行研究。
　　針

2、對(duì)兩種典型HAPF拓?fù)溥M(jìn)行無(wú)源部分參數(shù)設(shè)計(jì)。拓?fù)?采用變流器和LC濾波器串聯(lián)結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)LC參數(shù)與變流器容量的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行LC參數(shù)選取。拓?fù)?采用變流器向LC注入電流的結(jié)構(gòu)，分析LC參數(shù)對(duì)各支路電流幅值的影響，以變流器和電感L的電流均小于補(bǔ)償電流為目標(biāo)建立LC參數(shù)的選取原則，基于LC參數(shù)以變流器容量最小為目標(biāo)選取變流器濾波電感。仿真對(duì)比表明HAPF拓?fù)?更有利于降低器件耐壓，HAPF拓?fù)?更有利于減小變流器電流。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了參

3、數(shù)設(shè)計(jì)的有效性。
　　建立ip-iq法諧波檢測(cè)的頻域傳遞函數(shù)，在ip-iq法頻域分析的基礎(chǔ)上提出復(fù)合諧波檢測(cè)思想。將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的特定次諧波檢測(cè)和ip-iq法諧波檢測(cè)組合建立一種復(fù)合諧波檢測(cè)方法，通過(guò)特定次諧波檢測(cè)提取低次諧波使得穩(wěn)態(tài)下ip和iq分量中低次諧波分量減小，以允許基波提取時(shí)選取高截止頻率低通濾波器，進(jìn)而在一定的檢測(cè)精度下提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。通過(guò)傳遞函數(shù)分析復(fù)合諧波檢測(cè)的穩(wěn)態(tài)精度，仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)ip-iq法和復(fù)合諧波檢測(cè)

4、進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了復(fù)合諧波檢測(cè)的有效性。
　　結(jié)合模型預(yù)測(cè)控制思想，提出一種基于虛擬磁鏈的模型預(yù)測(cè)脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)算法。算法以虛擬磁鏈跟蹤為目標(biāo)建立價(jià)值函數(shù)，通過(guò)價(jià)值函數(shù)尋優(yōu)選取電壓矢量。以帶阻感負(fù)載的變流器為對(duì)象，對(duì)比研究了電壓空間矢量PWM與模型預(yù)測(cè)PWM的調(diào)制效果，研究表明在相當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)頻率下模型預(yù)測(cè)PWM的負(fù)載電流畸變率更低。在模型預(yù)測(cè)PWM中增加延時(shí)補(bǔ)償后應(yīng)用于HAPF，其可以

5、在較低開(kāi)關(guān)頻率下滿足補(bǔ)償要求。
　　針對(duì)模型預(yù)測(cè)PWM在H橋級(jí)聯(lián)型STATCOM的應(yīng)用提出一種簡(jiǎn)化的矢量尋優(yōu)方法，將理想電壓矢量向a、b、c坐標(biāo)軸投影的值作為尋優(yōu)初始條件，通過(guò)初始條件獲取三個(gè)電壓矢量以構(gòu)成尋優(yōu)矢量集合，該方法減少了尋優(yōu)的矢量數(shù)量。通過(guò)線性規(guī)劃理論證明了簡(jiǎn)化尋優(yōu)方法可準(zhǔn)確選取最優(yōu)電壓矢量。為平衡STATCOM各模塊電容電壓并約束器件開(kāi)關(guān)頻率，建立一種以價(jià)值函數(shù)排序的電壓平衡策略。仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)簡(jiǎn)化的矢量尋優(yōu)方法及電壓

6、平衡方法的有效性進(jìn)行分析和驗(yàn)證。
　　H橋級(jí)聯(lián)型STATCOM采用載波層疊PWM算法時(shí)脈沖周期輪換不能實(shí)現(xiàn)相內(nèi)模塊電壓的平衡控制。針對(duì)五電平H橋級(jí)聯(lián)型STATCOM結(jié)構(gòu)，在分析電容充放電特點(diǎn)的基礎(chǔ)上建立了一種改進(jìn)的脈沖輪換策略，該策略通過(guò)對(duì)脈沖周期輪換時(shí)間按一定規(guī)律進(jìn)行微調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊電壓的平衡，仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)脈沖輪換策略的有效性。
　　為實(shí)現(xiàn)H橋級(jí)聯(lián)型STATCOM相間電壓的快速平衡，綜合電網(wǎng)電壓不對(duì)稱、STATCOM

7、電流指令中的負(fù)序分量建立了統(tǒng)一的功率模型，使得由電網(wǎng)電壓不平衡和STATCOM輸出負(fù)序電流產(chǎn)生的相間不平衡功率可由功率模型直接計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)償，提升了相間直流側(cè)電壓平衡的快速性。推導(dǎo)四種可能的相間電壓平衡方法，為避免鎖相和三角函數(shù)運(yùn)算以簡(jiǎn)化計(jì)算，提出一種基于虛擬瞬時(shí)無(wú)功理論和虛擬坐標(biāo)變換的實(shí)時(shí)計(jì)算方法，該方法只需要瞬時(shí)值的乘法和加法運(yùn)算。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了功率平衡策略和簡(jiǎn)化算法的有效性。
　　該論文有圖74幅，表14個(gè)，參考文獻(xiàn)195篇