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文檔簡介
1、配電系統(tǒng)電能質(zhì)量問題日益得到人們的關(guān)注,電能質(zhì)量調(diào)節(jié)手段也在不斷地發(fā)展進步。并聯(lián)型有源電力濾波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)作為一種高效靈活的諧波治理裝置得到了廣泛研究和應(yīng)用,并且其功能也在不斷擴展,向著綜合型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置發(fā)展。本文以提高并聯(lián)型有源電力濾波器諧波抑制綜合性能為目標(biāo),從改進輸出濾波器、減小輸出電流誤差、諧振阻尼復(fù)合控制策略以及對不同非線性負(fù)載諧波補償特性等方面深入研究有源電力濾波器
2、諧波抑制性能優(yōu)化技術(shù)。
為了保證并聯(lián)型有源電力濾波器的諧波補償性能,首先必須保證其良好的輸出電流波形質(zhì)量,設(shè)計合理的輸出濾波器將起到關(guān)鍵作用。LCL濾波器由于可以用較小的輸出電感實現(xiàn)良好的開關(guān)紋波抑制效果而被廣泛應(yīng)用,但通常需要采取有源阻尼或無源阻尼方法來抑制其自身諧振。有源阻尼控制可能需要采用額外的電壓電流傳感器,并且阻尼效果受控制系統(tǒng)帶寬的限制;傳統(tǒng)的無源阻尼方法則損耗較大,并且阻尼電阻會使開關(guān)紋波濾除效果變差。為了避免這
3、些問題,本文基于選擇性無源阻尼思想提出了一種LCFL型輸出濾波器。這種LCFL濾波器通過在傳統(tǒng)無源阻尼LCL濾波器的阻尼電阻上并聯(lián)一條LC諧振支路而構(gòu)成,這條LC諧振支路調(diào)諧在開關(guān)頻率,可以吸收大部分的開關(guān)諧波電流,消除阻尼電阻對開關(guān)諧波抑制性能的影響,同時將降低阻尼電阻的損耗。而在輸出濾波器的諧振頻率附近,LC支路的阻抗遠(yuǎn)大于阻尼電阻值,因而不會減弱其無源阻尼效果。采用LCFL濾波器的有源電力濾波器可以穩(wěn)定可靠地運行,以較小的阻尼電阻
4、損耗實現(xiàn)良好的開關(guān)紋波濾除效果,從而改善有源電力濾波器的輸出波形質(zhì)量。
為提高有源電力濾波器的諧波電流補償精度,必須采用高性能的輸出電流跟蹤控制策略,同時應(yīng)消除造成輸出電流誤差的因素。本文中并聯(lián)型有源電力濾波器的輸出電流跟蹤控制采用PI與重復(fù)控制相結(jié)合的復(fù)合控制策略,以兼顧穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能。然后分析了造成輸出電流誤差的因素,研究了輸出電流幅值和相位誤差對諧波補償性能的影響,在此基礎(chǔ)上提出了兩種輸出電流誤差補償方法。一種為具有
5、相位補償功能的改進型遞歸傅里葉變換(RDFT)諧波指令提取算法,通過在指令提取環(huán)節(jié)對輸出電流相位誤差進行超前補償,以提高有源電力濾波器諧波補償精度。這種方法可以方便實現(xiàn)選擇性的諧波指令提取與誤差校正,具有較大的靈活性和補償精度。另外一種輸出誤差補償策略則基于電流指令誤差閉環(huán)調(diào)節(jié),在諧波同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下提取相應(yīng)諧波分量的誤差直流量,然后進行PI調(diào)節(jié)獲取指令誤差補償量,將其疊加在直接從負(fù)載電流中提取的諧波電流指令上以獲得完整的輸出電流指令。
6、通過對諧波電流指令進行補償,可以有效減小有源電力濾波器的輸出電流誤差,提高諧波補償精度。
配電系統(tǒng)同時接有無功補償電容器組和非線性負(fù)載情況下易發(fā)生諧波諧振,此時并聯(lián)型有源電力濾波器只進行諧波電流補償難以達(dá)到較好的諧波抑制效果。為了提升并聯(lián)型有源電力濾波器在這種諧振條件下的諧波抑制性能,本文提出了一種諧波補償與諧振阻尼的復(fù)合控制方案。有源電力濾波器通過檢測負(fù)載電流提取諧波補償電流指令,通過檢測PCC電壓提取諧振阻尼電流指令,兩者
7、綜合得到其總的輸出電流指令。通過建立等效電路模型分析了諧振產(chǎn)生與阻尼的機理,研究了并聯(lián)型有源電力濾波器諧波電流檢測位置對其諧波抑制性能的影響,同時檢驗了有源電力濾波器諧波補償與諧振阻尼復(fù)合控制策略的效果。
針對在配電系統(tǒng)中應(yīng)用普遍的電壓源型與電流源型非線性負(fù)載,本文分析了并聯(lián)型有源電力濾波器對這兩類非線性負(fù)載的諧波補償特性。通過分析發(fā)現(xiàn)并聯(lián)型有源電力濾波器補償電壓源型非線性負(fù)載諧波電流時,會導(dǎo)致非線性負(fù)載發(fā)生嚴(yán)重的諧波電流放大
8、效應(yīng),這將危害負(fù)載的正常運行,同時降低并聯(lián)型有源電力濾波器的諧波補償性能。分析揭示了負(fù)載諧波放大倍數(shù)同系統(tǒng)阻抗與負(fù)載等效阻抗之間的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上提出通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部分的阻抗關(guān)系來減弱諧波放大效應(yīng),改善有源電力濾波器的諧波補償性能。仿真和實驗結(jié)果驗證了分析和所提出措施的正確性。
在以上分析和研究基礎(chǔ)上研制了三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器樣機,并且相關(guān)的有源電力濾波器裝置已經(jīng)在工業(yè)現(xiàn)場得到了應(yīng)用。實驗和工業(yè)現(xiàn)場測試結(jié)果表明本文所提
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