模塊化多機并聯(lián)型低壓大電流有源濾波關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、低壓大電流諧波污染源，例如軋鋼、電解鋁、商場照明等，廣泛存在于電網(wǎng)中，這些諧波污染源對電網(wǎng)及用電設(shè)備的用電可靠性會帶來嚴(yán)重影響。相較于無源型濾波裝置的諸多不足，有源型濾波裝置具有高度可控性以及快速響應(yīng)性能，可以實時、高精度動態(tài)補償電網(wǎng)中的諧波，因而被公認為治理電能質(zhì)量問題最有效的技術(shù)手段。隨著近幾年用電設(shè)備的不斷增加，電網(wǎng)中的大電流諧波污染源逐漸成為威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素，因此低壓大電流諧波治理技術(shù)成為近幾年的發(fā)展方向和研究熱點

2、。單機擴容受限于器件容量、開關(guān)頻率、散熱處理、可靠性以及成本，而模塊化多機并聯(lián)技術(shù)擴展性強、可靠性高，并且可以使用冗余控制技術(shù)，是突破這一瓶頸的有效手段。本文針對模塊化多機并聯(lián)型有源濾波的關(guān)鍵技術(shù)進行深入研究，為實現(xiàn)高可靠性、高精度的低壓大電流有源濾波提供有力技術(shù)支持。
　　首先，在并機系統(tǒng)單機諧波電流控制策略方面，創(chuàng)新地從諧波控制系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和諧波獨立控制三方面功能的角度，分類對比現(xiàn)有APF諧波控制策略，進一步分別提出了選擇次

3、補償和全補償兩種運行模式下的改進諧波分次檢測結(jié)合集中電流環(huán)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)諧波獨立控制三方面功能的同時，結(jié)構(gòu)簡單、運算量少且不易引起電流環(huán)穩(wěn)定性問題;接著針對所提諧波獨立控制結(jié)構(gòu)，以多同步坐標(biāo)系諧波分次檢測結(jié)合采用單PI控制器集中電流環(huán)為例，定性和定量分析集中電流環(huán)靜差，給出了校準(zhǔn)的具體方法，并通過仿真和實驗進行全面分析和驗證了所提方法的有效性和可行性。
　　其次，在并機系統(tǒng)多機諧波補償協(xié)調(diào)策略方面，對比研究APF三種傳統(tǒng)型模塊化并聯(lián)運

4、行方式，即分布式控制方式、集中控制+均流補償方式、集中控制+分次補償方式，進一步結(jié)合典型低壓大電流諧波污染源的負載特性，提出了兩種改進型多機協(xié)調(diào)控制策略，即多機全補償與分次補償組合方式、雙補償點多機分次且開閉環(huán)結(jié)合方式，所提方法充分利用了閉環(huán)諧波分次補償在穩(wěn)定性能方面的高精度和低頻段可大電流特性，以及開環(huán)諧波全補償在動態(tài)性能方面的高速性和補償頻次范圍寬特性，同時實現(xiàn)了自動冗余運行的高可靠性。針對兩種改進型協(xié)調(diào)策略進行了全面的仿真和實驗，

5、所得結(jié)果顯示，在并機系統(tǒng)協(xié)調(diào)策略實現(xiàn)大容量諧波補償?shù)耐瑫r，實現(xiàn)了高補償精度和高可靠性。
　　然后，在并機系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和控制方面，針對弱電網(wǎng)或并機數(shù)量較多時多機間存在復(fù)雜強耦合情況、以及所有源濾波器單元和諧波負載存在直接耦合情況，首次提出有源濾波諧波控制環(huán)導(dǎo)納，與電流環(huán)導(dǎo)納一起構(gòu)成有源濾波單元的兩端口等效電路，形成全導(dǎo)納形式的有源濾波并機系統(tǒng)等效電路，從而通過簡單的電路分析，即可得到并機系統(tǒng)所有響應(yīng)表達式;進一步提出了全局耦合增益

6、多項式，可以定性和定量描述出多機間耦合關(guān)系的同時，其傳遞函數(shù)穩(wěn)定性決定了并機系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且表達式易于得到，不受并機單元數(shù)量影響;針對全局耦合增益?zhèn)鬟f函數(shù)穩(wěn)定性的判斷，通過分析全局導(dǎo)納頻域特性，創(chuàng)新地提出了并機系統(tǒng)的穩(wěn)定性判定方法，由于全局導(dǎo)納頻域特性易于得到，所以該方法可以很容易判斷出并機系統(tǒng)穩(wěn)定性，進一步從全局導(dǎo)納頻域特性角度得出并機系統(tǒng)穩(wěn)定性程度的定量解釋，即全局導(dǎo)納所有諧振點處的阻尼值;以改善所提并機系統(tǒng)全局導(dǎo)納諧振頻次處阻尼特

7、性為目標(biāo)，提出了多種基于導(dǎo)納重塑的并機系統(tǒng)穩(wěn)定性控制方法，通過仿真四種情況（電網(wǎng)阻抗變化，并機數(shù)量增加，增加穩(wěn)定性間接控制和增加穩(wěn)定性直接控制），得出了并機系統(tǒng)輸出電流和對應(yīng)的全局導(dǎo)納波特，仿真結(jié)果驗證了所提方法的有效性。
　　最后，在工業(yè)樣機設(shè)計和現(xiàn)場投運實驗方面，從功率電路、控制電路和控制程序三個角度，全面給出了三相四線四臂式APF樣機設(shè)計，特別針對主電路并網(wǎng)接口，創(chuàng)新地提出了四支路四相獨立濾波電路拓撲，并通過并網(wǎng)接口濾波性能