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随着电网各种非线性负荷的不断增加,尤其是电力电子器件的广泛应用使得电能质量日益恶化。而另外一方面,用户对电能质量的要求越来越高。谐波现象已经成为造成电能质量恶化的一个重要原因,因此治理谐波已经是一项迫切的任务。目前普遍采用无源滤波器补偿大功率工业负载产生的谐波电流,但是其滤波效果受电网阻抗的影响较大,而且当LC参数发生变化时滤波效果也将大大下降。单纯的有源滤波器又有价格昂贵难以普及应用的缺点。混合有源电力滤波器作为上述矛盾的解决方案,不仅能够改善无源滤波器的滤波性能而且可以防止无源滤波器与电网产生谐振。并且其有源部分的容量很小,造价相对低廉,具有广阔的应用前景。
论文对目前几种有源电力滤波器的拓扑结构和工作原理做了研究分析,比较了无源滤波器、单纯有源电力滤波器和混合型有源电力滤波器各自应用的优缺点。作为本文的研究重点,论文针对并联混合型电力滤波器的结构、原理、控制方式作了深入分析,本文分析的混合型滤波器由APF通过耦合变压器与一个小电感并联后再与无源滤波器串联。这种结构的混合型滤波器能大大降低APF的容量,并且只需要控制APF输出谐波电流,当APF故障退出运行时候系统仍然可以正常工作。在此基础上,用仿真软件验证不同控制策略下HAPF的补偿性能以及抑制谐振的能力,作为对比,分析了和传统并联混合型滤波器在容量、拓扑结构等方面的差别,仿真证明了本文分析的HAPF中APF的容量可以相比单纯使用APF方式可以降低很多,而且随着控制策略和控制系数的改变容量也将发生变化。为了能够有效利用APF的补偿优势,文章提出一种在HAPF中加入限流控制策略的方法来抑制瞬时过电流现象,仿真结果表明这种控制策略用于HAPF是有效的。其次,文章分析了目前主要应用的谐波电流检测算法,主要是基于瞬时无功功率理论的p-q法、ip-iq法和基于坐标变化dq变换法以及自适应检测法,并且作了这几种方法的对比,最后用MATLAB验证了算法的有效性。基于分析结果,文章采取自适应电流检测算法作为HAPF系统仿真分析时的算法;文章还对HAPF各部分的参数设计作了深入的阐述,主要包括无源滤波器参数设计、输出电感设计、直流电容控制、附加电感参数设计等方面:对目前主要的电流跟踪控制方法作了介绍。
最后,本文设计了一套基于DSP控制的三相三线制并联混合型电力滤波器。介绍了硬件设计中的基本电路结构。并对软件设计提出了具体的设计流程,在研制的控制电路基础上,对采样程序、谐波检测算法以及限流控制策略在DSP上的实现作了测试,结果表明电路和测试程序都能正常工作,从而为装置的完善作好了基础。