高壓大容量交流有源電力濾波器的研究.pdf

1、本文針對(duì)10kV～35kV 高壓交流配電系統(tǒng)中日益嚴(yán)重的諧波與無(wú)功危害，在全面總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)高壓大容量交流有源電力濾波器方案并分析其存在不足的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)變壓器理論與現(xiàn)代電力電子技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，提出了三種新型的適用于高壓交流配電系統(tǒng)的有源電力濾波技術(shù)新方案，通過理論推導(dǎo)、仿真分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果論證了這三種新方案的正確性、有效性和實(shí)用性，為高壓大容量交流有源電力濾波器的工程應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。全文研究的內(nèi)容主要涉及六個(gè)方面：

2、1、為了解決有源電力濾波器的大容量問題，提出一種變壓器二次側(cè)多補(bǔ)償繞組的結(jié)構(gòu)。將此變壓器應(yīng)用于基于基波磁通補(bǔ)償?shù)拇?lián)混合型有源電力濾波器中，成功地研制了一套100kVA 的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。實(shí)時(shí)檢測(cè)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的基波電流，根據(jù)基波磁通補(bǔ)償條件，得到基波補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，通過電力電子變流器跟蹤產(chǎn)生基波補(bǔ)償電流注入到二次側(cè)多個(gè)補(bǔ)償繞組中，使得串聯(lián)變壓器對(duì)基波電流呈現(xiàn)很小的一次側(cè)漏阻抗，對(duì)諧波電流呈現(xiàn)很大的一次側(cè)自阻抗，從而迫使負(fù)載諧波電流流入

3、無(wú)源濾波器支路。通過采用三個(gè)獨(dú)立的單相變壓器的結(jié)構(gòu)，該有源電力濾波器在三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡時(shí)，也能具有極好的諧波抑制能力。該有源電力濾波器中各變流器結(jié)構(gòu)完全相同，通過模塊化設(shè)計(jì)很容易實(shí)現(xiàn)。通過將此有源電力濾波器與TCR 聯(lián)合使用，可以實(shí)現(xiàn)諧波抑制與無(wú)功功率補(bǔ)償相結(jié)合。 2、提出一種基于線性并聯(lián)變壓器諧波阻抗控制的并聯(lián)型有源電力濾波器新方案。 實(shí)時(shí)檢測(cè)并聯(lián)變壓器一次側(cè)的諧波電流，根據(jù)諧波補(bǔ)償條件，得到諧波補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，

4、通過電力電子變流器跟蹤產(chǎn)生諧波補(bǔ)償電流注入到二次側(cè)補(bǔ)償繞組中，使得并聯(lián)變壓器對(duì)諧波電流呈現(xiàn)近似為零的低阻抗，對(duì)基波電流呈現(xiàn)很大的一次側(cè)自阻抗，從而輸導(dǎo)系統(tǒng)中的諧波電流流入并聯(lián)變壓器支路。并聯(lián)變壓器鐵心開有氣隙，工作在較低的磁密狀態(tài)，該工作點(diǎn)位于B-H 曲線的線性段，以確保濾波效果。通過并聯(lián)變壓器降壓隔離，該有源電力濾波器中的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件始終工作在安全范圍之內(nèi)，確保了裝置的安全性、可靠性。通過采用并聯(lián)變壓器二次側(cè)多補(bǔ)償繞組的結(jié)構(gòu)，可

5、以大大提高有源電力濾波器的容量。 3、提出一種基于線性并聯(lián)變壓器諧波阻抗控制與基波阻抗可調(diào)的并聯(lián)混合型有源電力濾波器新方案。實(shí)時(shí)檢測(cè)并聯(lián)變壓器一次側(cè)的諧波電流與基波電流，根據(jù)恒定的諧波補(bǔ)償系數(shù)與實(shí)時(shí)變化的基波補(bǔ)償系數(shù)，計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，通過電力電子變流器跟蹤產(chǎn)生補(bǔ)償電流注入到二次側(cè)補(bǔ)償繞組中，使得并聯(lián)變壓器對(duì)諧波電流呈現(xiàn)近似為零的低阻抗，對(duì)基波電流呈現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)可調(diào)的電抗。因而，該有源電力濾波器不僅能夠有效地輸導(dǎo)系統(tǒng)中的諧

6、波電流流入并聯(lián)變壓器支路，與無(wú)源濾波器相結(jié)合，還能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功功率。同樣通過采用并聯(lián)變壓器二次側(cè)多補(bǔ)償繞組的結(jié)構(gòu)來(lái)提高有源電力濾波器的容量。 4、提出三種單相有源電力濾波器指令電流的提取方法，即基于LC 并聯(lián)諧振的基波電流檢測(cè)方法、基于開關(guān)電容濾波器的基波電流檢測(cè)方法、基于單相d-q 變換的諧波電流檢測(cè)方法及其改進(jìn)電路。針對(duì)基于諧波阻抗控制的并聯(lián)型有源電力濾波器和基于諧波阻抗控制與基波阻抗可調(diào)的并聯(lián)混合型有源電力濾波器獨(dú)

7、特的工作原理，提出一種指令電流離線檢測(cè)方法，此檢測(cè)方法由于不存在延時(shí)而具有理想的快速性。通過采用三相各自獨(dú)立檢測(cè)的策略，這些檢測(cè)方法同樣可以用于三相有源電力濾波器。 5、對(duì)本文提出的三種有源電力濾波器建立了精確的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出通用的傳遞函數(shù)，給出了系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。結(jié)合實(shí)驗(yàn)樣機(jī)應(yīng)用情況，對(duì)有源電力濾波器中應(yīng)用最廣泛的瞬時(shí)值比較電流非線性控制和三角波比較電流線性控制進(jìn)行了研究。 6、對(duì)本文三種實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中涉及到的輔助電路