高壓大容量交流有源電力濾波器的研究.pdf

1、本文針對10kV～35kV 高壓交流配電系統(tǒng)中日益嚴(yán)重的諧波與無功危害，在全面總結(jié)國內(nèi)外有關(guān)高壓大容量交流有源電力濾波器方案并分析其存在不足的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)變壓器理論與現(xiàn)代電力電子技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，提出了三種新型的適用于高壓交流配電系統(tǒng)的有源電力濾波技術(shù)新方案，通過理論推導(dǎo)、仿真分析和實驗結(jié)果論證了這三種新方案的正確性、有效性和實用性，為高壓大容量交流有源電力濾波器的工程應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。全文研究的內(nèi)容主要涉及六個方面：

2、1、為了解決有源電力濾波器的大容量問題，提出一種變壓器二次側(cè)多補(bǔ)償繞組的結(jié)構(gòu)。將此變壓器應(yīng)用于基于基波磁通補(bǔ)償?shù)拇?lián)混合型有源電力濾波器中，成功地研制了一套100kVA 的實驗樣機(jī)。實時檢測串聯(lián)變壓器一次側(cè)的基波電流，根據(jù)基波磁通補(bǔ)償條件，得到基波補(bǔ)償電流的指令信號，通過電力電子變流器跟蹤產(chǎn)生基波補(bǔ)償電流注入到二次側(cè)多個補(bǔ)償繞組中，使得串聯(lián)變壓器對基波電流呈現(xiàn)很小的一次側(cè)漏阻抗，對諧波電流呈現(xiàn)很大的一次側(cè)自阻抗，從而迫使負(fù)載諧波電流流入

3、無源濾波器支路。通過采用三個獨立的單相變壓器的結(jié)構(gòu)，該有源電力濾波器在三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡時，也能具有極好的諧波抑制能力。該有源電力濾波器中各變流器結(jié)構(gòu)完全相同，通過模塊化設(shè)計很容易實現(xiàn)。通過將此有源電力濾波器與TCR 聯(lián)合使用，可以實現(xiàn)諧波抑制與無功功率補(bǔ)償相結(jié)合。 2、提出一種基于線性并聯(lián)變壓器諧波阻抗控制的并聯(lián)型有源電力濾波器新方案。 實時檢測并聯(lián)變壓器一次側(cè)的諧波電流，根據(jù)諧波補(bǔ)償條件，得到諧波補(bǔ)償電流的指令信號，

4、通過電力電子變流器跟蹤產(chǎn)生諧波補(bǔ)償電流注入到二次側(cè)補(bǔ)償繞組中，使得并聯(lián)變壓器對諧波電流呈現(xiàn)近似為零的低阻抗，對基波電流呈現(xiàn)很大的一次側(cè)自阻抗，從而輸導(dǎo)系統(tǒng)中的諧波電流流入并聯(lián)變壓器支路。并聯(lián)變壓器鐵心開有氣隙，工作在較低的磁密狀態(tài)，該工作點位于B-H 曲線的線性段，以確保濾波效果。通過并聯(lián)變壓器降壓隔離，該有源電力濾波器中的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件始終工作在安全范圍之內(nèi)，確保了裝置的安全性、可靠性。通過采用并聯(lián)變壓器二次側(cè)多補(bǔ)償繞組的結(jié)構(gòu)，可

5、以大大提高有源電力濾波器的容量。 3、提出一種基于線性并聯(lián)變壓器諧波阻抗控制與基波阻抗可調(diào)的并聯(lián)混合型有源電力濾波器新方案。實時檢測并聯(lián)變壓器一次側(cè)的諧波電流與基波電流，根據(jù)恒定的諧波補(bǔ)償系數(shù)與實時變化的基波補(bǔ)償系數(shù)，計算出補(bǔ)償電流的指令信號，通過電力電子變流器跟蹤產(chǎn)生補(bǔ)償電流注入到二次側(cè)補(bǔ)償繞組中，使得并聯(lián)變壓器對諧波電流呈現(xiàn)近似為零的低阻抗，對基波電流呈現(xiàn)連續(xù)無級可調(diào)的電抗。因而，該有源電力濾波器不僅能夠有效地輸導(dǎo)系統(tǒng)中的諧

6、波電流流入并聯(lián)變壓器支路，與無源濾波器相結(jié)合，還能夠?qū)崟r補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率。同樣通過采用并聯(lián)變壓器二次側(cè)多補(bǔ)償繞組的結(jié)構(gòu)來提高有源電力濾波器的容量。 4、提出三種單相有源電力濾波器指令電流的提取方法，即基于LC 并聯(lián)諧振的基波電流檢測方法、基于開關(guān)電容濾波器的基波電流檢測方法、基于單相d-q 變換的諧波電流檢測方法及其改進(jìn)電路。針對基于諧波阻抗控制的并聯(lián)型有源電力濾波器和基于諧波阻抗控制與基波阻抗可調(diào)的并聯(lián)混合型有源電力濾波器獨

7、特的工作原理，提出一種指令電流離線檢測方法，此檢測方法由于不存在延時而具有理想的快速性。通過采用三相各自獨立檢測的策略，這些檢測方法同樣可以用于三相有源電力濾波器。 5、對本文提出的三種有源電力濾波器建立了精確的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出通用的傳遞函數(shù)，給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。結(jié)合實驗樣機(jī)應(yīng)用情況，對有源電力濾波器中應(yīng)用最廣泛的瞬時值比較電流非線性控制和三角波比較電流線性控制進(jìn)行了研究。 6、對本文三種實驗樣機(jī)中涉及到的輔助電路