并聯(lián)有源濾波器控制技術(shù)的研究.pdf

1、隨著大量電力電子設(shè)備的應(yīng)用，電能質(zhì)量受到了較為嚴(yán)重的污染。并聯(lián)有源濾波器(APF)是一種新型的電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償裝置，與傳統(tǒng)的無源補(bǔ)償器相比，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償精度高、補(bǔ)償方式靈活、不易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振等優(yōu)勢，能夠綜合治理諧波、無功、不平衡等電能質(zhì)量問題，對改善電網(wǎng)品質(zhì)、維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的意義。APF在數(shù)字化實(shí)現(xiàn)及實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著一些問題，諸如常用的傅里葉數(shù)學(xué)工具的分析精度對電網(wǎng)頻率敏感；控制策略在保證良好的控

2、制效果同時(shí)很難兼顧快速性和魯棒穩(wěn)定性；開關(guān)噪聲濾波器設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)的理論；當(dāng)電網(wǎng)中存在容性負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)易發(fā)生振蕩等。這些問題都需要進(jìn)一步的研究加以解決。
　　本文針對上述問題，研究了APF在同步鎖相、諧波檢測、控制策略、開關(guān)噪聲濾波器設(shè)計(jì)、阻尼控制等方面的關(guān)鍵技術(shù)，以保證 APF具有優(yōu)異的補(bǔ)償性能和魯棒穩(wěn)定性。具體的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　APF實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)控制的關(guān)鍵是準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)的同步相量。而硬件鎖相環(huán)技術(shù)易受

3、高頻噪聲干擾，產(chǎn)生虛假的過零信號。采用基于遞歸離散傅里葉(RDFT)算法的同步鎖相技術(shù)，具有檢測精度高、占用資源少的優(yōu)點(diǎn)。針對電網(wǎng)頻率發(fā)生偏移時(shí) RDFT的幅度和相位檢測出現(xiàn)較大誤差的問題，提出了一種直接修正 RDFT算法。通過最近兩周波的相角差逐點(diǎn)計(jì)算獲得電網(wǎng)的真實(shí)頻率信息，再利用當(dāng)前時(shí)刻的頻率偏移量及遞推指針的數(shù)值對普通 RDFT算法獲得的檢測結(jié)果進(jìn)行修正，即可獲得精確的電網(wǎng)相位與幅值信息。該算法計(jì)算量小，即便電網(wǎng)頻率動(dòng)態(tài)波動(dòng)時(shí)仍然

4、具有很高的精度。提出一種基于修正RDFT算法的單相諧波檢測方法，能夠大幅度減小頻率偏移對諧波測量造成的誤差。
　　傳統(tǒng)的基于瞬時(shí)無功功率算法的全補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用中存在著無法精確限幅及補(bǔ)償帶寬過寬等問題，為此給出了一種選擇性諧波補(bǔ)償策略，提高了APF補(bǔ)償?shù)撵`活性，便于實(shí)際應(yīng)用；同時(shí)提出了一種基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的三相選擇性諧波檢測算法，數(shù)據(jù)窗長度為1/6工頻周期的滑窗平均值濾波器的應(yīng)用使得 APF對于典型的整流橋負(fù)載僅需3.3ms即可完

5、成負(fù)載諧波的動(dòng)態(tài)跟蹤。電流瞬時(shí)值比較技術(shù)具有電流環(huán)自穩(wěn)定特性，分析了反饋電流檢測位置及系統(tǒng)延遲對APF控制效果的影響。針對傳統(tǒng)的單采樣率瞬時(shí)值比較技術(shù)控制效果受制于參考值計(jì)算速度的問題，提出了一種多采樣率瞬時(shí)值比較技術(shù)，能夠有效提高系統(tǒng)的開關(guān)頻率和控制效果。針對電流瞬時(shí)值比較技術(shù)存在爬坡效應(yīng)及開關(guān)紋波較大等問題，給出了一種多采樣率空間矢量瞬時(shí)比較算法，去除了系統(tǒng)的三相耦合，提高了輸出波形的質(zhì)量。
　　連接電抗值對APF的性能具有較

6、大影響，本文給出了一種系統(tǒng)而又簡便的連接電抗值設(shè)計(jì)方法。根據(jù) APF補(bǔ)償容量和負(fù)荷預(yù)估，設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)跟蹤性的最優(yōu)連接電抗值。為減小對電網(wǎng)的高頻污染，APF需要加裝開關(guān)噪聲濾波器。本文分析了接入點(diǎn)不同負(fù)載類型時(shí) LCL濾波系統(tǒng)的特性，并根據(jù)阻抗分析的方法提出一套 LCL濾波器的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，使系統(tǒng)兼顧優(yōu)異的開關(guān)噪聲濾除性能和較高的阻尼比。針對LCL濾波器對APF輸出電流幅度放大，相位產(chǎn)生滯后的問題，給出了一套前饋補(bǔ)償算法，減小了LCL濾波

7、器的負(fù)面作用。
　　針對LCL濾波器無源阻尼電阻發(fā)熱較大的問題，并根據(jù)電流瞬時(shí)值比較控制的特點(diǎn)，提出了LCL并聯(lián)虛擬阻尼策略。該策略不需要復(fù)雜的微分運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)簡單。分析了系統(tǒng)的離散域穩(wěn)定性，給出了采樣頻率及虛擬阻尼系數(shù)的穩(wěn)定域。當(dāng) APF將開關(guān)噪聲濾波器包含在負(fù)載電流中時(shí)系統(tǒng)將不穩(wěn)定，而并聯(lián)虛擬阻尼控制可以抑制系統(tǒng)的振蕩，具有統(tǒng)一阻尼作用。更一般的，當(dāng)APF負(fù)荷中包含容性負(fù)載時(shí)前饋控制策略存在穩(wěn)定性問題。本文給出了APF系統(tǒng)自激振