新型廣義有源電力濾波器的研究.pdf

1、廣義有源電力濾波器(Generalized Active Power Filter, GAPF)是一種采用電流間接控制的濾波器，其通過(guò)輸出與電網(wǎng)同步的正序基波電壓可以在不需要檢測(cè)負(fù)載電流的情況下有效地實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、諧波抑制、負(fù)序?yàn)V波及穩(wěn)定電壓等功能。GAPF雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但亦存在如下缺點(diǎn)和局限：1.輸出電壓的頻譜分布不集中；2.網(wǎng)側(cè)濾波電抗的功耗過(guò)高；3.無(wú)功補(bǔ)償精度與鎖相精度低；4.不具備有功調(diào)節(jié)能力。本文對(duì)GAPF做了深入研究，

2、針對(duì)上述缺點(diǎn)和局限，在調(diào)制策略、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方法以及擴(kuò)展功能等方面提出了一系列改善方法。
　　傳統(tǒng)GAPF采用特定消諧技術(shù)(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation, SHEPWM)。由于該技術(shù)的目的是根據(jù)具體需要來(lái)消除某些特定次數(shù)的諧波，故導(dǎo)致剩余諧波的含量大且分散，不易濾除。為改善 GAPF輸出電壓的頻譜分布，提高其性能，本文在 SHEPWM的基礎(chǔ)上提出諧波集

3、中型優(yōu)化 PWM技術(shù)，使頻譜中的剩余諧波集中在相鄰的兩個(gè)頻次，以便通過(guò)單調(diào)諧濾波器加以濾除。為保證迭代的收斂性，提出一種逐步計(jì)算初始值的方法。研究結(jié)果表明，諧波集中型優(yōu)化 PWM技術(shù)可在相同開(kāi)關(guān)頻率下有效降低系統(tǒng)電流的諧波含量或網(wǎng)側(cè)濾波電抗的容量與功耗。
　　GAPF在被提出時(shí)采用兩電平逆變器，開(kāi)關(guān)頻率很低，輸出電壓的諧波含量大，且為抑制輸出電壓對(duì)系統(tǒng)電流的諧波污染，網(wǎng)側(cè)濾波電抗需很大，導(dǎo)致功耗過(guò)高，這是其致命缺陷。為克服該缺陷，

4、提出一種采用新型三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的GAPF，其具有更好的安全性與實(shí)時(shí)性和更高的等效開(kāi)關(guān)頻率，可有效降低輸出電壓的諧波含量和網(wǎng)側(cè)濾波電抗的容量與功耗；為提高裝置的動(dòng)態(tài)性能及避免負(fù)載電壓的波動(dòng)，提出調(diào)制比開(kāi)環(huán)控制的方法，并推導(dǎo)了被控對(duì)象的小信號(hào)模型及 PI參數(shù)的整定原則；為解決直流側(cè)電壓的平衡問(wèn)題，提出一種定量計(jì)算小矢量占空比的方法，可實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)電壓的精確調(diào)節(jié)。
　　GAPF的傳統(tǒng)控制方法是調(diào)制比恒定的單環(huán)相位角控制。該方法雖然簡(jiǎn)單，但

5、只能實(shí)現(xiàn)近似補(bǔ)償，易產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)現(xiàn)象。為克服上述缺陷，本文提出兩種提高無(wú)功補(bǔ)償精度的方法，可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)補(bǔ)償。給出了關(guān)于無(wú)功補(bǔ)償精度的定量分析；推導(dǎo)了被控對(duì)象的小信號(hào)模型及 PI參數(shù)的整定原則；并比較了這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。傳統(tǒng) GAPF通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路與系統(tǒng)電壓同步。該方法的動(dòng)態(tài)性能差，且當(dāng)系統(tǒng)電壓不平衡或存在畸變時(shí)，無(wú)法檢測(cè)出其中的正序基波的過(guò)零點(diǎn)，這會(huì)增強(qiáng)系統(tǒng)的非線性和降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為克服上述缺陷，本文提出基于 dq變換的

6、改進(jìn)鎖相環(huán)，大幅提高了動(dòng)態(tài)性能和鎖相精度。
　　傳統(tǒng) GAPF由直流側(cè)電容和電壓型逆變器組成，其本身是無(wú)源的，為保證輸出電壓的幅值，穩(wěn)態(tài)時(shí)需要從系統(tǒng)吸收一定的有功功率以補(bǔ)償自身?yè)p耗和維持直流側(cè)電壓，所以不具備有功調(diào)節(jié)能力。為提高性能和擴(kuò)展功能，本文提出結(jié)合蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(Battery Energy Storage System, BESS)的方案。詳述了GAPF/BESS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理；建立了GAPF/BESS在 dq坐標(biāo)