注入式混合型有源電力濾波器的難點問題研究及工程應用.pdf

1、隨著大功率電力電子裝置等非線性、時變性負荷在電網(wǎng)中的大規(guī)模應用，電網(wǎng)諧波污染和無功缺額越來越嚴重，與此同時，用戶對電能質(zhì)量要求卻越來越高。因而，電壓質(zhì)量和諧波的問題變得越來越突出。研制出輸配電諧波治理和大容量無功補償裝備，對無功、諧波實施有效、靈活的控制和補償，進而改善電壓質(zhì)量、降低諧波含量已勢在必行。無源濾波器作為傳統(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電網(wǎng)發(fā)生串并聯(lián)諧振等缺點，將逐步被新型裝置所取代?；旌闲陀性礊V波器由

2、于有效綜合了有源濾波器和無源濾波器的各自優(yōu)點，已成為諧波治理和無功補償一體化系統(tǒng)的主要研究和發(fā)展方向。 本論文圍繞一種諧振注入式混合型有源電力濾波器(ITHAPF)工程應用中的難點，著重討論了其直流側(cè)電壓控制、電流跟蹤控制、以及綜合設(shè)計等方面的問題，并在理論研究的基礎(chǔ)上提出了基于ITHAPF的諧波分析與治理一體化系統(tǒng)實現(xiàn)方案，最終實現(xiàn)了ITHAPF的工程應用。 ITHAPF中基波諧振支路的存在，決定了其直流側(cè)電壓很難通過

3、對逆變器的基波有功電流的控制來維持平衡。一般采用的方法是用不可控整流電路來維持直流側(cè)電壓。然而在裝置的實際運行當中，當裝置接入點電壓為非理想電壓時，逆變側(cè)的能量倒灌常常會引起直流側(cè)電壓的抬高甚至飆升，進而影響到系統(tǒng)的補償性能，危及系統(tǒng)的安全運行。本文分析了電網(wǎng)電壓跌落和電網(wǎng)背景諧波電壓導致ITHAPF直流側(cè)電壓抬升的原因，在此基礎(chǔ)上，提出了采用多重化主電路形式、合理選擇注入支路參數(shù)、增加直流側(cè)能量泄放回路及直流側(cè)采用PwM可控整流電路等

4、方法來穩(wěn)定直流側(cè)電壓。所提方法為整個裝置的高效、穩(wěn)定、安全運行提供了必要的前提條件。 針對ITHAPF的電流控制問題，本文分析了ITHAPF的結(jié)構(gòu)特點，并建立起了對其進行諧波電流控制的模型，在此基礎(chǔ)上提出一種基于遞推積分的模糊自整定PI控制方法。其中，應用遞推積分實現(xiàn)了對周期量的穩(wěn)態(tài)無差控制，提高了控制的精確性；應用模糊算法進行比例和積分系數(shù)的在線調(diào)整，在確?？刂凭鹊耐瑫r大大改善了PI控制算法的動態(tài)性能。為了減小系統(tǒng)延時對裝置

5、的穩(wěn)定性及控制精度的影響，本文采用一種帶預測補償?shù)倪x擇性諧波檢測方法。文章還對逆變器PwM控制信號的產(chǎn)生方法和逆變器的死區(qū)效應的補償方法進行了介紹。 ITHAPF主電路參數(shù)對其濾波性能具有較大的影響。本文在理論分析和實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了一套適合于大功率諧波抑制和無功補償?shù)腎THAPF的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計方法：對于單調(diào)諧濾波器的設(shè)計，在根據(jù)治理對象的實際情況確定好調(diào)諧次數(shù)的基礎(chǔ)上，主要從容量、成本和品質(zhì)因素這三個方面進行考慮；對于

6、注入支路的設(shè)計，除了要考慮單調(diào)諧濾波器設(shè)計的幾個因素之外，還應重點考察有源逆變器輸出諧波電流注入電網(wǎng)的能力以及基波諧振支路的分壓；對于輸出濾波器的設(shè)計，主要從開關(guān)毛刺濾除能力、有效諧波輸出能力和諧波的動態(tài)跟蹤能力三個方面進行考慮；耦合變壓器的設(shè)計原則是在確定容量之后，應更好地匹配有源部分的電壓和電流，以便使功率開關(guān)器件的容量得到充分的利用；在逆變器直流側(cè)電容的設(shè)計中，其電壓取值需在保證濾波器的電流跟蹤能力和有效降低成本兩者之間折中取值。