三相四開關(guān)并聯(lián)型有源電力濾波器的理論與應(yīng)用研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種大功率開關(guān)器件得到了廣泛應(yīng)用。它們一方面給電能的變換應(yīng)用帶來了方便，另一方面又給電力系統(tǒng)帶來了繁重的無功控制和諧波治理問題。有源電力濾波器（active power filter，APF）憑借其特有的優(yōu)勢，對電網(wǎng)無功控制和諧波治理等的作用已經(jīng)得到公認(rèn)，對APF的研究也已成為電力電子應(yīng)用技術(shù)中的一個(gè)重大課題。 但目前APF在國內(nèi)的應(yīng)用還遠(yuǎn)沒達(dá)到成熟階段，很多問題有待于進(jìn)一步研究和完善，比如如何得到一

2、個(gè)更加經(jīng)濟(jì)的APF解決方案以適應(yīng)中低壓電網(wǎng)，如何在非理想工況下保證APF的有效運(yùn)行，如何更快地實(shí)現(xiàn)APF的產(chǎn)品化，如何處理APF在應(yīng)用中所面對的一些工程性質(zhì)問題等。 基于以上背景，本文首先對APF的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在此基礎(chǔ)上提出應(yīng)該按照細(xì)分市場的應(yīng)用需求對APF進(jìn)行更加有針對性的分類，并從產(chǎn)品化與經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，提出了采用低成本的三相四開關(guān)并聯(lián)型APF以適應(yīng)低壓中小容量諧波無功治理需求的解決方案。 文章分

3、別對三相四開關(guān)并聯(lián)型APF的電流檢測、輸出控制、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)及工程應(yīng)用等問題進(jìn)行了深入的研究，相關(guān)研究成果證明了三相四開關(guān)并聯(lián)型APF功能與性能的有效性。同時(shí)通過對三相四開關(guān)并聯(lián)型APF的研究，給APF的經(jīng)濟(jì)性研究與工程化應(yīng)用提供了一種新的思路與探索途徑，對APF的發(fā)展有著重要的理論與實(shí)踐指導(dǎo)作用。 本文對三相四開關(guān)并聯(lián)型APF的指令電流確定方法進(jìn)行了研究，提出了基于直流母線電壓信息的指令電流確定方法。采用直接將期望得到的電網(wǎng)正序基

4、波電流作為三相四開關(guān)并聯(lián)型APF指令電流信號的控制方法。 通過引入模糊PI控制器，進(jìn)一步提高了檢測算法的響應(yīng)速度和自適應(yīng)能力。引入了正序基波電流幅值校正環(huán)節(jié)和正序基波電壓相角檢測器，以保證在電網(wǎng)電壓不平衡和電網(wǎng)出現(xiàn)短時(shí)故障等情況下，三相四開關(guān)并聯(lián)型APF仍能安全有效的工作。提出了一種基于比例控制算法的直流側(cè)電壓偏置補(bǔ)償器，以保證直流側(cè)中點(diǎn)電壓的平衡。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該指令電流確定方法的可行性與有效性。 文中接著對AP

5、F基于空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)的輸出電流調(diào)制算法進(jìn)行了研究。首先基于三相六開關(guān)并聯(lián)型APF，闡述了SVPWM電流調(diào)制算法的基本原理。然后將其擴(kuò)展到三相四開關(guān)系統(tǒng)，提出了針對三相四開關(guān)APF的SVPWM電流調(diào)制算法。研究發(fā)現(xiàn)基于三相六開關(guān)變流器的SVPWM調(diào)制算法不能簡單套用到三相四開關(guān)系統(tǒng)中，本文通過對等效零矢量的正確獲取，得到適用于三相四開關(guān)系統(tǒng)的SVPWM調(diào)制算法，相關(guān)的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明了該算法的可行性和有效性。

6、 探討了三相四開關(guān)并聯(lián)型APF的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。給出了三相四開關(guān)并聯(lián)型APF的系統(tǒng)構(gòu)成方式，對功率開關(guān)器件的選型、緩沖電路的參數(shù)設(shè)計(jì)、直流側(cè)儲(chǔ)能電容的設(shè)計(jì)、輸出濾波電抗器的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，給出了關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)依據(jù)與關(guān)鍵器件的選型辦法。 對三相四開關(guān)并聯(lián)型APF的功能與性能進(jìn)行了有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先分析了APF實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建方法與對應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備。然后分別進(jìn)行了直流母線電壓穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)、