并聯(lián)型有源電力濾波器諧波抑制性能優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、配電系統(tǒng)電能質(zhì)量問題日益得到人們的關(guān)注，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)手段也在不斷地發(fā)展進(jìn)步。并聯(lián)型有源電力濾波器（Shunt Active Power Filter,SAPF）作為一種高效靈活的諧波治理裝置得到了廣泛研究和應(yīng)用，并且其功能也在不斷擴(kuò)展，向著綜合型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置發(fā)展。本文以提高并聯(lián)型有源電力濾波器諧波抑制綜合性能為目標(biāo)，從改進(jìn)輸出濾波器、減小輸出電流誤差、諧振阻尼復(fù)合控制策略以及對(duì)不同非線性負(fù)載諧波補(bǔ)償特性等方面深入研究有源電力濾波器

2、諧波抑制性能優(yōu)化技術(shù)。
　　為了保證并聯(lián)型有源電力濾波器的諧波補(bǔ)償性能，首先必須保證其良好的輸出電流波形質(zhì)量，設(shè)計(jì)合理的輸出濾波器將起到關(guān)鍵作用。LCL濾波器由于可以用較小的輸出電感實(shí)現(xiàn)良好的開關(guān)紋波抑制效果而被廣泛應(yīng)用，但通常需要采取有源阻尼或無源阻尼方法來抑制其自身諧振。有源阻尼控制可能需要采用額外的電壓電流傳感器，并且阻尼效果受控制系統(tǒng)帶寬的限制；傳統(tǒng)的無源阻尼方法則損耗較大，并且阻尼電阻會(huì)使開關(guān)紋波濾除效果變差。為了避免這

3、些問題，本文基于選擇性無源阻尼思想提出了一種LCFL型輸出濾波器。這種LCFL濾波器通過在傳統(tǒng)無源阻尼LCL濾波器的阻尼電阻上并聯(lián)一條LC諧振支路而構(gòu)成，這條LC諧振支路調(diào)諧在開關(guān)頻率，可以吸收大部分的開關(guān)諧波電流，消除阻尼電阻對(duì)開關(guān)諧波抑制性能的影響，同時(shí)將降低阻尼電阻的損耗。而在輸出濾波器的諧振頻率附近，LC支路的阻抗遠(yuǎn)大于阻尼電阻值，因而不會(huì)減弱其無源阻尼效果。采用LCFL濾波器的有源電力濾波器可以穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，以較小的阻尼電阻

4、損耗實(shí)現(xiàn)良好的開關(guān)紋波濾除效果，從而改善有源電力濾波器的輸出波形質(zhì)量。
　　為提高有源電力濾波器的諧波電流補(bǔ)償精度，必須采用高性能的輸出電流跟蹤控制策略，同時(shí)應(yīng)消除造成輸出電流誤差的因素。本文中并聯(lián)型有源電力濾波器的輸出電流跟蹤控制采用PI與重復(fù)控制相結(jié)合的復(fù)合控制策略，以兼顧穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能。然后分析了造成輸出電流誤差的因素，研究了輸出電流幅值和相位誤差對(duì)諧波補(bǔ)償性能的影響，在此基礎(chǔ)上提出了兩種輸出電流誤差補(bǔ)償方法。一種為具有

5、相位補(bǔ)償功能的改進(jìn)型遞歸傅里葉變換(RDFT)諧波指令提取算法，通過在指令提取環(huán)節(jié)對(duì)輸出電流相位誤差進(jìn)行超前補(bǔ)償，以提高有源電力濾波器諧波補(bǔ)償精度。這種方法可以方便實(shí)現(xiàn)選擇性的諧波指令提取與誤差校正，具有較大的靈活性和補(bǔ)償精度。另外一種輸出誤差補(bǔ)償策略則基于電流指令誤差閉環(huán)調(diào)節(jié)，在諧波同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下提取相應(yīng)諧波分量的誤差直流量，然后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)獲取指令誤差補(bǔ)償量，將其疊加在直接從負(fù)載電流中提取的諧波電流指令上以獲得完整的輸出電流指令。

6、通過對(duì)諧波電流指令進(jìn)行補(bǔ)償，可以有效減小有源電力濾波器的輸出電流誤差，提高諧波補(bǔ)償精度。
　　配電系統(tǒng)同時(shí)接有無功補(bǔ)償電容器組和非線性負(fù)載情況下易發(fā)生諧波諧振，此時(shí)并聯(lián)型有源電力濾波器只進(jìn)行諧波電流補(bǔ)償難以達(dá)到較好的諧波抑制效果。為了提升并聯(lián)型有源電力濾波器在這種諧振條件下的諧波抑制性能，本文提出了一種諧波補(bǔ)償與諧振阻尼的復(fù)合控制方案。有源電力濾波器通過檢測(cè)負(fù)載電流提取諧波補(bǔ)償電流指令，通過檢測(cè)PCC電壓提取諧振阻尼電流指令，兩者

7、綜合得到其總的輸出電流指令。通過建立等效電路模型分析了諧振產(chǎn)生與阻尼的機(jī)理，研究了并聯(lián)型有源電力濾波器諧波電流檢測(cè)位置對(duì)其諧波抑制性能的影響，同時(shí)檢驗(yàn)了有源電力濾波器諧波補(bǔ)償與諧振阻尼復(fù)合控制策略的效果。
　　針對(duì)在配電系統(tǒng)中應(yīng)用普遍的電壓源型與電流源型非線性負(fù)載，本文分析了并聯(lián)型有源電力濾波器對(duì)這兩類非線性負(fù)載的諧波補(bǔ)償特性。通過分析發(fā)現(xiàn)并聯(lián)型有源電力濾波器補(bǔ)償電壓源型非線性負(fù)載諧波電流時(shí)，會(huì)導(dǎo)致非線性負(fù)載發(fā)生嚴(yán)重的諧波電流放大

8、效應(yīng)，這將危害負(fù)載的正常運(yùn)行，同時(shí)降低并聯(lián)型有源電力濾波器的諧波補(bǔ)償性能。分析揭示了負(fù)載諧波放大倍數(shù)同系統(tǒng)阻抗與負(fù)載等效阻抗之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部分的阻抗關(guān)系來減弱諧波放大效應(yīng)，改善有源電力濾波器的諧波補(bǔ)償性能。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了分析和所提出措施的正確性。
　　在以上分析和研究基礎(chǔ)上研制了三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器樣機(jī)，并且相關(guān)的有源電力濾波器裝置已經(jīng)在工業(yè)現(xiàn)場得到了應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)和工業(yè)現(xiàn)場測(cè)試結(jié)果表明本文所提