并联型有源电力滤波器谐波补偿和谐振阻尼复合控制策略的研究

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随着电力系统中非线性负载的日益增多,产生了大量谐波电流,谐波电流在系统线路中的流动会产生谐波压降,严重影响了公共用户点(PCC)的供电质量,同时谐波电流和谐波电压在电网中的流动和传递还会引起系统局部或整体的谐振。有源电力滤波器(APF)作为抑制和消除谐波的一种有效手段被广泛应用于电能质量调节领域,但是在系统出现谐振时,谐波抑制效果可能达不到电能质量标准的要求。本文主要目的是研究在谐振状态下,利用有源电力滤波技术在抑制谐波的同时阻尼系统谐振,从而使电能质量达到供电质量的要求。本文首先介绍了谐波的产生来源和危害及相关的电能质量标准,分析比较了现有的几种主要的谐波抑制方案的优缺点,描述了被广泛用于谐波抑制的有源电力滤波器的基本原理和在国内外的发展过程以及现有实际应用中(谐振条件下)的某些问题。然后从数学和物理的角度推导了一般工况下APF在同步旋转坐标下的数学模型,具体分析了在谐振状态下系统的数学模型和传递函数,给出了简化的等效框图。为了给提出的谐振阻尼策略提供判断谐振频率的依据,介绍了投切电容法、利用晶闸管支路投切法、谐波电流注入法、电容电流频谱分析法这四种不同的谐振检测方式,对后两种方式做出了重点的分析,并且通过仿真或者实验给予了验证。接着介绍了基于多同步旋转坐标系下指定次谐波电流补偿策略,并在此补偿策略的基础上提出了一种通过叠加谐振阻尼控制的复合控制策略。该策略将负载谐波电流信号以谐波电流角速度同步的旋转坐标变换转化成直流量,经过低通滤波器提取出直流分量,然后进行比例积分(PI)调节控制,从理论上可以做到对指定次负载谐波电流无静差跟踪,PI调节是基于载波周期的,能够快速跟踪负载电流的变化。同时,谐振阻尼控制电路检测PCC点电压,针对受谐振影响次数,将电压转换到指定次同步旋转坐标系变成直流量进行比例积分调节,调节器输出经过适当变换与谐波电流补偿调节器的输出综合,以实现在谐波补偿的同时抑制谐波谐振的功能。最后进行了仿真和实验,结果表明本文所提出的这种谐波补偿和谐振阻尼复合控制策略既能够补偿负载谐波又能阻尼系统的谐振,很好的解决了谐振工况下APF补偿效果不能满足电能质量标准的问题。同时也为抑制系统谐振提供了一种新的思路和方法,拓宽了APF应用领域。
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