APF與TSC諧波無(wú)功綜合補(bǔ)償控制的研究.pdf

1、如何為用戶提供安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的電能，是電力系統(tǒng)面臨的主要問(wèn)題。無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。有源電力濾波器（APF）是一種無(wú)功諧波動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，將 APF和傳統(tǒng)的阻抗型補(bǔ)償裝置TSC或 PPF相結(jié)合，構(gòu)成無(wú)功諧波綜合補(bǔ)償系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究，以使綜合系統(tǒng)具有良好的補(bǔ)償特性及高性價(jià)比。這對(duì)實(shí)現(xiàn)無(wú)功諧波補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)中獲得更好的應(yīng)用具有重要意義。
　　本文主要研究以 APF為核心的無(wú)

2、功諧波綜合補(bǔ)償控制方法，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的魯棒性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　電力系統(tǒng)中的無(wú)功和諧波可以通過(guò)采用并聯(lián)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行綜合補(bǔ)償。針對(duì)快速變化的無(wú)功和諧波負(fù)載，提出了一種晶閘管投切電容器（TSC）與APF無(wú)功諧波綜合補(bǔ)償系統(tǒng)。TSC用來(lái)對(duì)無(wú)功進(jìn)行大容量有級(jí)補(bǔ)償，APF實(shí)現(xiàn)無(wú)功的小容量快速連續(xù)雙向補(bǔ)償，并濾除負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流。APF的引入使綜合補(bǔ)償系統(tǒng)相比原有無(wú)源式無(wú)功補(bǔ)償裝置具有

3、更高的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，同時(shí)在電網(wǎng)電壓諧波含量不高的工況下，可以有效降低 TSC中串聯(lián)電抗的電抗率，從而降低 TSC的經(jīng)濟(jì)成本，減小裝置體積，是一種性能優(yōu)良且高性價(jià)比的無(wú)功諧波補(bǔ)償方案。對(duì)綜合補(bǔ)償系統(tǒng)提出了檢測(cè)網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)控制策略和檢測(cè)負(fù)載側(cè)電流的開(kāi)環(huán)控制策略，分析了不同控制策略下的穩(wěn)定性和補(bǔ)償性能。給出了APF容量及主電路參數(shù)的選取原則和計(jì)算方法。
　　為保證綜合系統(tǒng)具有良好的補(bǔ)償特性，對(duì) TSC和APF的控制方法進(jìn)行了

4、研究。提出了一種新型的TSC投切控制方法，保證了 TSC投切的快速性，同時(shí)又避免了在負(fù)荷無(wú)功快速變化時(shí)，TSC的投切振蕩問(wèn)題。APF使用DSP處理器進(jìn)行定時(shí)比較控制時(shí)，APF開(kāi)關(guān)頻率受 DSP控制系統(tǒng)采樣頻率的限制，理論上最高開(kāi)關(guān)頻率只有采樣頻率的一半，同時(shí)定時(shí)比較控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)在模擬滯環(huán)時(shí)的即時(shí)比較，導(dǎo)致了較低的開(kāi)關(guān)頻率和較大的跟蹤誤差，為此提出一種雙采樣定時(shí)比較控制，有效地提高了開(kāi)關(guān)頻率，并減小了跟蹤誤差。APF系統(tǒng)延時(shí)使 APF補(bǔ)償

5、電流與指令電流之間存在一定的幅值和相位誤差，對(duì)此提出一種自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制，以電網(wǎng)電流誤差為判據(jù)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)預(yù)測(cè)算法的系數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電流誤差最小。
　　為了獲得更好的穩(wěn)態(tài)性能，對(duì)電流無(wú)靜差控制進(jìn)行了研究。廣義積分器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制，但是電網(wǎng)頻率漂移會(huì)使其對(duì)各次諧波處的積分增益大幅減小，從而增大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，對(duì)此提出一種基于參數(shù)在線調(diào)整的新型廣義積分器，通過(guò)鎖相環(huán)實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)頻率，并對(duì)廣義積分器的諧振頻率參數(shù)進(jìn)行更新，可以消除電

6、網(wǎng)頻率漂移對(duì)廣義積分器的影響。TSC與APF系統(tǒng)中APF逆變器輸出電抗 Lc、TSC中的補(bǔ)償電容 C和電網(wǎng)阻抗 LS構(gòu)成了一個(gè) LCL濾波器；此外，單獨(dú) APF系統(tǒng)中為了抑制 APF開(kāi)關(guān)頻率電流諧波，需要使用輸出濾波器，傳統(tǒng)的主要有 L、LC濾波器。LCL濾波器相比前者以較小的總電感量即可實(shí)現(xiàn)較理想的諧波抑制效果，成本優(yōu)勢(shì)明顯。為了抑制系統(tǒng)中LCL濾波器諧振，需要加入無(wú)源或有源阻尼。電網(wǎng)阻抗在較大范圍內(nèi)變化，會(huì)使阻尼作用減弱甚至引起系統(tǒng)

7、不穩(wěn)定，為此提出基于滑?？刂频男滦陀性醋枘岱椒?，可以減弱電網(wǎng)阻抗攝動(dòng)的影響。
　　混合有源電力濾波器適合應(yīng)用在中、高壓大容量的工作環(huán)境下，補(bǔ)償無(wú)功需求波動(dòng)不大的非線性負(fù)荷。在大容量場(chǎng)合下，有源電力濾波器的諧波抑制性能及產(chǎn)生的電磁干擾受到主電路功率半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)頻率的制約。提出一種適用于中高壓混合型并聯(lián)有源電力濾波器的新型滑?？刂品椒āＴ摲椒▽?duì)電網(wǎng)電流和APF直流母線中點(diǎn)電位進(jìn)行解耦跟蹤控制，并將對(duì)狀態(tài)變量的跟蹤控制和脈寬調(diào)制 PW