大功率注入式有源電力濾波器的理論研究及工程應用.pdf

1、世界范圍內電力市場改革的目標在于提高電力生產與運行的效率,提供更加完善的電力系統輔助服務,用以提高電力系統的安全與穩(wěn)定,加強電力系統的可靠性,并保證較高的電能質量。但隨著大量新型電力電子設備投入電網中實用,一方面給電能的變換和應用帶來了方便,另一方面又給電力系統帶來了較嚴重的電能質量問題,如諧波污染、無功問題、電壓波動及不平衡等。無源濾波器(PassiveFilter,簡稱PF)作為傳統的諧波治理手段,由于存在只能濾除特定次諧波和可能與

2、電網發(fā)生串并聯諧振等缺點,將逐步被新型裝置所取代。有源電力濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)被公認為是治理電網諧波及無功污染、改善電能質量最有效的手段,現己成為電力電子技術應用中一個比較新的研究熱點。本文針對最基礎、最實用并且最利于產業(yè)化的并聯型有源電力濾波器進行了較為系統和深入的理論與應用研究,為其在廠礦企業(yè)的實用化奠定了較好的基礎。
　　 本文首先根據某廠礦企業(yè)的中高壓配電網治理諧波的實際情況,綜合

3、考慮諧波治理以及無功功率補償等要求,提出了一種新型大功率單獨注入式有源電力濾波器(High-capacity Active Power Filter with Single Injection Circuit,簡稱HAPFSIC),其注入支路給諧波提供一條低阻抗的通道,阻隔電網電壓并能補償一定的無功,而流過注入支路的基波電流都將流入諧振于基波頻率的串聯LC網絡中,使HAPFSIC的逆變器容量較小兼具一定容量的無功靜補能力。在根據HAPF

4、SIC的結構特點,建立了控制系統方程后,依次對其拓撲結構、補償特性等進行了深入研究和仿真分析,得出該裝置有源部分承受的電網基波電壓不大,也沒有基波電流流入,逆變器容量小,初期投資較小的結論。
　　 準確、實時地檢測出電網中瞬態(tài)變化的畸變電流,為有源電力濾波器控制系統進行精確補償提供參考信號,是決定有源電力濾波器補償性能優(yōu)劣的關鍵,本文考慮了實際運行過程中出現的電網電壓頻率緩慢變化和基波電流發(fā)生突變的情況,在兼顧滿足有源電力濾波器

5、諧波檢測的實時性和準確性要求的前提下,提出了一種基于擴展普羅尼譜估計的自適應頻率跟蹤電流分頻檢測算法。這種方法是用具有幅值、相位和頻率的N個指數組合來逼近一個等間隔長度為L的采樣數據序列,采用自適應調整算法中LMS算法在線優(yōu)化擴展普羅尼譜估計法中電導矩陣的頻率,該算法僅需求解幅值,計算量很小,在一定程度上實現了在小于一個基波周期的時間內跟蹤負載的變化。
　　 選擇不同的有源濾波器控制方法將直接影響系統的響應速度和諧波治理效果,而

6、HAPFSIC是電力電子開關器件的變流器,是一個天然的變結構系統,采用滑模變結構控制具有非常明顯的優(yōu)勢。但傳統滑模變結構控制中控制器的結構只在切換曲面兩側變化,不能夠無靜差地跟蹤參考輸入信號,因此根據本系統中大多數負載(如整流器、電機、計算機等電氣設備)的電流變化緩慢(相對于電網基波周期),并呈現出周期性的特點,本文提出了一種基于重復預測的改進滑模變結構控制算法,它結合滑模變結構控制算法響應速度快和重復控制算法無穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點,兼顧了動

7、態(tài)性能和控制精度的統一,不會使得電網電流出現明顯的高頻開關毛刺,非常適合于HAPFSIC的控制,完全能夠滿足廠礦企業(yè)配電網諧波治理應用的要求。
　　 最后本文在理論分析和實踐經驗的基礎上,根據江西某廠有源電力濾波器應用的實例,以系統能量成本和濾波裝置投資成本最小化為目的,提出了一套包括HAPFSIC的結構和參數設計方法等內容的諧波抑制方案,可為并聯型有源電力濾波器的推廣應用提供有益的參考和借鑒。該應用方案對HAPFSIC中主電路