并联型有源电力滤波器的研究

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随着电力电子技术的不断发展,各种非线性负载被广泛使用到电网中,使得电网中引入大量谐波电流,造成电网电流波形发生严重畸变,电能质量下降,从而对用电设备的正常工作造成不利的影响。因此,合理有效地抑制和补偿谐波具有重要的现实意义。传统的无源滤波器补偿效果易受电网参数影响,且容易与系统发生谐振放大谐波电流。而有源电力滤波器的补偿特性不受电网阻抗影响,且能够实现动态补偿。有源电力滤波器凭借自身所具有的优势,成为谐波抑制的一个重要趋势,是谐波治理技术的发展方向,尤其是混合型有源电力滤波器的出现,更加拓宽了有源电力滤波器的应用范围,提高了整个系统的性价比。本文以并联型有源电力滤波器为研究对象,旨在研究其电流控制策略,以提高滤波效果;优化并联混合型有源滤波器系统的设计,降低有源部分的容量,为有源滤波技术的实用化奠定基础。本文建立了并联型有源电力滤波器的数学模型,基于此拓扑结构,采用基于瞬时无功功率理论的d-q谐波检测方法进行谐波电流检测,设计了电压外环电流内环的PI双闭环控制系统,并通过系统仿真和实验进行了验证。结果表明,基于PI控制的双闭环控制系统在对谐波电流进行跟踪控制时受增益和带宽限制,补偿效果不理想。针对单独的PI控制器存在补偿能力有限、补偿效果不理想的问题,研究了基于PI控制和重复控制相结合的复合电流控制策略,并在该复合控制方式下对系统的稳态性能和动态性能进行了仿真和实验。仿真和实验结果表明,复合电流控制提高了系统的稳态补偿精度,电网电流THD明显减小,解决了单独PI控制作用时稳态精度不高的问题,但是其动态响应速度较慢。为此,研究了滑模变结构控制策略,设计了有源电力滤波器的滑模控制器,并进行了仿真和实验验证。结果表明,滑模变结构控制的动态响应速度快,鲁棒性强。为了解决有源电力滤波器在工业应用中受到电压等级和容量较小的问题,研究了并联混合型有源电力滤波器。建立了混合型有源电力滤波器的数学模型,并分析其在不同控制方式下的滤波特性;对混合型有源电力滤波器的电流控制方法进行了研究,详细推导了PI控制器的设计过程,并通过频率特性和仿真结果分析了其滤波效果;为了提高系统的稳态补偿精度,研究一种基于重复控制的电流双闭环控制策略,并通过仿真和实验对此控制策略进行了验证。结果表明,基于重复控制的电流双闭环控制策略提高了系统的稳态补偿精度,满足了谐波抑制的标准要求;混合型有源电力滤波器在很大程度上降低了有源电力滤波器的容量,适用于补偿高电压、大容量的场合。
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