基于LCL濾波的并聯(lián)有源電力濾波器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在我國工業(yè)和城鎮(zhèn)化進程中，電力事業(yè)取得了長足的發(fā)展，但是由于大量電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，輸配電環(huán)節(jié)和用電終端的非線性負載大量增加，引起電網(wǎng)電流、電壓波形畸變，造成電網(wǎng)的諧波污染，影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，因此改善電能質(zhì)量，提高電網(wǎng)功率因數(shù)，已經(jīng)成為電力行業(yè)迫切需要解決的重要課題。并聯(lián)有源電力濾波器(ActivePower Filter，APF)是一種電能質(zhì)量綜合治理裝置，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)諧波、無功、不平衡等電能質(zhì)量問題綜合治理。與傳統(tǒng)的無源補

2、償裝置相比，APF具有穩(wěn)態(tài)補償精度高、動態(tài)響應(yīng)速度快、補償方式靈活、不易與電網(wǎng)產(chǎn)生諧振等優(yōu)點，對改善電網(wǎng)電能質(zhì)量、保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠發(fā)揮重要作用。本研究圍繞基于LCL濾波的并聯(lián)有源電力濾波器的若干關(guān)鍵技術(shù)問題進行深入研究和探討。
　　首先，建立了基于LCL濾波的APF在各坐標系下的連續(xù)時間模型。在此基礎(chǔ)上，詳細地分析了APF三相PWM逆變橋在不同采樣和調(diào)制方式的延時及其影響。
　　其次，對LCL濾波器的特性進行了分析，闡

3、述了LCL濾波器無源阻尼方法的特征及其相應(yīng)的改進措施，通過控制框圖等效變換法，推導(dǎo)了基于狀態(tài)變量反饋的LCL濾波器有源阻尼方法，并分析了其變量相互間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)LCL濾波的APF控制方法中電流傳感器數(shù)量多、系統(tǒng)可靠性相對差的特點，在不額外增加電容電流傳感器的條件下，提出了一種源側(cè)電流諧波補償外環(huán)和逆變器側(cè)電流阻尼內(nèi)環(huán)的雙環(huán)電流控制方法。該方法采用電網(wǎng)電源側(cè)電流控制方式，有效地提高了諧波電流補償精度，利用逆變器側(cè)電流反饋進

4、行諧振阻尼，減少了電流傳感器數(shù)量增強了系統(tǒng)的可靠性。并在離散域下對逆變器側(cè)電流和網(wǎng)側(cè)電感電流反饋方式的穩(wěn)定性進行了分析，得出LCL濾波器穩(wěn)定性與其諧振頻率的約束條件。利用數(shù)字PWM變換器固有的延遲效應(yīng)，提出了一種基于單網(wǎng)側(cè)電感電流反饋的LCL無阻尼控制方法，該方法有效地避免了諧振電流的產(chǎn)生，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠運行。
　　其次，針對APF補償電流中存在多次諧波分量的特點，在電流控制回路中引入了具有高穩(wěn)態(tài)精度的重復(fù)控制方法，并對重復(fù)控

5、制器的穩(wěn)定性判據(jù)和控制性能進行了推導(dǎo)和分析。針對補償電流特征次諧波的特點，對重復(fù)內(nèi)模的延時環(huán)節(jié)進行了改進，提出了一種具有快速暫態(tài)響應(yīng)的重復(fù)控制方法。該方法將重復(fù)內(nèi)模的延時環(huán)節(jié)減少為傳統(tǒng)重復(fù)控制方法的1/6，提升了補償電流的動態(tài)響應(yīng)速度;在控制器補償校正器設(shè)計中，采用零相移陷波器對LCL濾波器存在的諧振峰進行抑制，并給出了補償校正器的設(shè)計過程和方法。
　　再次，針對傳統(tǒng)選擇性諧波補償方法運算開銷較大的問題，提出了一種基于降階廣義積分

6、器(reduced order generalized integrator, ROGI)的選擇性諧波補償方法。通過復(fù)矢量信號模型，推導(dǎo)并改進了ROGI的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，使ROGI的帶寬和增益能夠獨立調(diào)節(jié)。在靜止坐標系下，利用ROGI單元頻率和相序的選擇解耦特性，分別設(shè)置基波和指定次諧波分量ROGI單元，實現(xiàn)對不同頻率和相序的諧波進行選擇補償。分析了ROGI電流環(huán)控制器參數(shù)對諧波補償性能的影響，并對其參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。
　　最后，針對電

7、網(wǎng)電壓不平衡和諧波畸變情況下APF的并網(wǎng)同步鎖相問題。對電網(wǎng)電壓畸變情況下的三相電壓矢量和基于同步旋轉(zhuǎn)坐標系的鎖相環(huán)(synchronous rotating framephase-locked loop，SRF-PLL)的鎖相機理進行了詳細分析。提出了一種頻率自適應(yīng)的滑動平均濾波同步鎖相方法。通過采用頻率自適應(yīng)和幅值歸一化方法，提高鎖相環(huán)在電網(wǎng)電壓頻率變化與幅值波動時的跟蹤性能;采用小信號分析法，對鎖相環(huán)系數(shù)進行設(shè)計和選取。在此基礎(chǔ)上