有源電力濾波器若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、各種電力電子設(shè)備被大量的推廣和應(yīng)用，給電力系統(tǒng)帶來了嚴重的電能質(zhì)量問題。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，有源電力濾波器(Active Power Filter，APF)成為改善電能質(zhì)量、治理電網(wǎng)污染最行之有效的方法之一。為此，本文圍繞APF諧波檢測及預(yù)測，補償電流跟蹤控制、及直流母線電壓控制等關(guān)鍵技術(shù)展開深入細致的研究，同時對并聯(lián)型APF主電路拓撲結(jié)構(gòu)、分類、數(shù)學模型的建立、主電路重要參數(shù)的設(shè)定和基本的諧波電流檢測方法和補償電

2、流跟蹤控制策略進行了探討。
　　諧波檢測的準確性，實時性是影響有源電力濾波器性能的關(guān)鍵因素之一。動態(tài)響應(yīng)特性和補償精度是衡量諧波電流檢測技術(shù)的兩個指標。本文首先分析了系統(tǒng)延遲對補償性能的影響和負載變化頻繁對補償性能的要求等諧波檢測存在的問題。針對傳統(tǒng)的諧波電流檢測算法動態(tài)響應(yīng)特性欠佳的問題，即基于瞬時無功理論的ip-iq法和p-q變換法都會不可避免的要引入低通濾波環(huán)節(jié)，而低通濾波環(huán)節(jié)會影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性快速傅里葉變換法和其它各

3、種智能算法及其改進，雖然計算準確度高，但是往往存在計算量大的問題而難以工程實現(xiàn)。本文提出了一種新型的基于可變遺忘因子的遞歸最小二乘法(RLS)的諧波電流檢測算法，通過設(shè)定負載諧波電流動態(tài)過程發(fā)生的判別條件判斷動態(tài)過程發(fā)生，并動態(tài)地給出遺忘因子的取值，從而提高算法收斂速度，從而提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性。其次，本文還提出一種改進的變步長自適應(yīng)諧波預(yù)測算法。該方法按照越舊誤差對當前影響越弱的原則計算誤差的功率加權(quán)并以之作為步長調(diào)節(jié)的主控因子，

4、實現(xiàn)步長和滾動優(yōu)化模塊的權(quán)值更新，并通過引入動態(tài)因子來抑制算法在收斂階段對瞬時跳躍誤差敏感造成的穩(wěn)態(tài)失調(diào)。該方法不僅具有快速的動態(tài)響應(yīng)特性，還具有較高的精度，同時能夠?qū)ο到y(tǒng)延遲對性能造成的影響進行一定的補償。
　　補償電流控制方法是影響有源電力濾波器補償性能的又一關(guān)鍵因素。本文在闡述APF補償電流滯環(huán)控制原理的基礎(chǔ)上，首先深入分析了滯環(huán)電流控制方法中非線性環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能造成的影響，揭示了改善滯環(huán)控制非線性問題的必要性，其次還分析了

5、傳統(tǒng)控制方法中存在的控制延時問題，提出了利用ITAE(Integral Time Absolute Error)最優(yōu)控制律實現(xiàn)時滯環(huán)節(jié)優(yōu)化控制，根據(jù)背馳定律設(shè)計二次優(yōu)化參數(shù)，用諧波線性化方法對滯環(huán)中的非線性特性進行線性化處理的APF電流預(yù)測控制方案。該控制方法使系統(tǒng)具有線性系統(tǒng)的部分優(yōu)點，同時保留滯環(huán)原來的動態(tài)特性好、魯棒性好、抗擾動能力強等優(yōu)點。
　　本文還討論了系統(tǒng)外環(huán)APF直流母線電壓的調(diào)節(jié)。負載中的負序電流、諧波電流、零序

6、電流分別和系統(tǒng)的負序電壓、同次諧波電壓、零序電壓相互作用產(chǎn)生有功功率會使直流母線電壓波動。此外，大功率APF在啟動過程中，會產(chǎn)生較大的母線電流，母線電壓上升過程也會出現(xiàn)較大幅度的波動。上述電壓波動不但會影響補償電流的跟蹤性能，甚至還會造成APF不能正常工作。為此，本文提出了一種APF直流母線電壓的模糊PI復(fù)合控制方法，解決了APF啟動過程中母線電流過大、電壓波動劇烈的問題。本文還提出了一種APF軟啟動電路設(shè)計方法，在分析啟動過程中直流側(cè)