基于瞬时无功功率理论的单周控制三电平有源电力滤波器研究

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随着大量电力电子设备投入电网运行,如:开关电源、大型商业照明、交流调速系统、感应加热设备等,电力系统的电能质量(Power Quality,PQ)受到影响,电力污染的危害越来越大。非正弦的平衡或不平衡负载电流产生大量的谐波、无功功率,不仅降低电力系统的效率,而且威胁电网的安全运行。学者们越来越关注这个问题,他们采用各种新技术不断提高电能质量。有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)是改善和提高电能质量的有效手段之一。其中,并联型有源电力滤波器以并联的方式接入电网,补偿由非线性负载产生的谐波和无功功率电流,从而使得电网电流波形保持正弦。本论文首次提出基于三电平变换器(Three-level Converter)和ip-iq电流检测的单周控制(One-Cycle Control,OCC)有源电力滤波器。由于本文采用基于瞬时无功功率理论(Instantaneous Reactive Power Theory)的ip-iq电流检测法对负载电流进行检测,使得本文所提出的单周控制有源电力滤波器可以单独补偿负载的谐波分量、单独补偿负载的无功功率分量、也可以同时补偿负载的谐波和无功功率分量;而且,在三相电源电压波形发生畸变或者不对称的情况下,经该有源电力滤波器补偿后,电源电流波形近似正弦。同时,本文提出的单周控制有源电力滤波器采用三电平二极管箝位变换器作为主电路结构,该三电平变换器适合于高电压和大功率的应用场合,由于其输出电压电平数的增加,提高了输出波形的正弦性,波形畸变小。本文在详细分析基于三电平变换器和ip-iq电流检测的单周控制有源电力滤波器的电路结构、控制参考信号产生和控制策略的基础上,推导出控制方程,建立了该有源电力滤波器的电路模型。并分别在三相电源电压对称且波形无畸变、三相电源电压波形畸变、三相电源电压不对称的情况下,对单独补偿负载的谐波分量、单独补偿负载的无功功率分量、同时补偿负载的谐波和无功功率分量进行了仿真研究。理论推导和仿真结果都证明:本文提出的有源电力滤波器不仅能够有效地补偿各有害电流分量,实现多种补偿目标;而且,在三相电源电压波形发生畸变或者不对称的情况下,经该有源电力滤波器补偿后,电源电流波形近似正弦,波形畸变小。
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