本文選題：諧波抑制　切入點：無功補償　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著大量電力電子設備的應用，電能質量受到了較為嚴重的污染。并聯(lián)有源濾波器(APF)是一種新型的電能質量綜合補償裝置，與傳統(tǒng)的無源補償器相比，具有動態(tài)響應速度快、穩(wěn)態(tài)補償精度高、補償方式靈活、不易與電網阻抗發(fā)生諧振等優(yōu)勢，能夠綜合治理諧波、無功、不平衡等電能質量問題，對改善電網品質、維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的意義。APF在數字化實現(xiàn)及實際應用中仍然存在著一些問題，諸如常用的傅里葉數學工具的分析精度對電網頻率敏感；控制策略在保證良好的控制效果同時很難兼顧快速性和魯棒穩(wěn)定性；開關噪聲濾波器設計缺乏系統(tǒng)的理論；當電網中存在容性負荷時系統(tǒng)易發(fā)生振蕩等。這些問題都需要進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、開關噪聲濾波器設計、阻尼控制等方面的關鍵技術，以保證APF具有優(yōu)異的補償性能和魯棒穩(wěn)定性。具體的研究內容包括以下幾個方面： APF實現(xiàn)網側單位功率因數控制的關鍵是準確獲取電網的同步相量。而硬件鎖相環(huán)技術易受高頻噪聲干擾，產生虛假的過零信號。采用基于遞歸離散傅里葉(RDFT)算法的同步鎖相技術，具有檢測精度高、占用資源少的優(yōu)點。針對電網頻率發(fā)生偏移時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計算獲得電網的真實頻率信息，再利用當前時刻的頻率偏移量及遞推指針的數值對普通RDFT算法獲得的檢測結果進行修正，即可獲得精確的電網相位與幅值信息。該算法計算量小，即便電網頻率動態(tài)波動時仍然具有很高的精度。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)的基于瞬時無功功率算法的全補償技術應用中存在著無法精確限幅及補償帶寬過寬等問題，為此給出了一種選擇性諧波補償策略，提高了APF補償的靈活性，便于實際應用；同時提出了一種基于同步旋轉坐標變換的三相選擇性諧波檢測算法，數據窗長度為1/6工頻周期的滑窗平均值濾波器的應用使得APF對于典型的整流橋負載僅需3.3ms即可完成負載諧波的動態(tài)跟蹤。電流瞬時值比較技術具有電流環(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)的單采樣率瞬時值比較技術控制效果受制于參考值計算速度的問題，提出了一種多采樣率瞬時值比較技術，能夠有效提高系統(tǒng)的開關頻率和控制效果。針對電流瞬時值比較技術存在爬坡效應及開關紋波較大等問題，給出了一種多采樣率空間矢量瞬時比較算法，去除了系統(tǒng)的三相耦合，提高了輸出波形的質量。 連接電抗值對APF的性能具有較大影響，本文給出了一種系統(tǒng)而又簡便的連接電抗值設計方法。根據APF補償容量和負荷預估，設計滿足系統(tǒng)跟蹤性的最優(yōu)連接電抗值。為減小對電網的高頻污染，APF需要加裝開關噪聲濾波器。本文分析了接入點不同負載類型時LCL濾波系統(tǒng)的特性，并根據阻抗分析的方法提出一套LCL濾波器的科學設計方法，，使系統(tǒng)兼顧優(yōu)異的開關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，相位產生滯后的問題，給出了一套前饋補償算法，減小了LCL濾波器的負面作用。 針對LCL濾波器無源阻尼電阻發(fā)熱較大的問題，并根據電流瞬時值比較控制的特點，提出了LCL并聯(lián)虛擬阻尼策略。該策略不需要復雜的微分運算，實現(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的穩(wěn)定域。當APF將開關噪聲濾波器包含在負載電流中時系統(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APF負荷中包含容性負載時前饋控制策略存在穩(wěn)定性問題。本文給出了APF系統(tǒng)自激振蕩產生的機理及抑制方法，采取同時檢測負載電流和電網電流的復合控制策略，能有效抑制系統(tǒng)的振蕩，提高補償精度。將APF與TSC組成混合補償系統(tǒng)有利于結合二者的優(yōu)勢，分析了當TSC作為APF負載時混合補償系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實驗證明了系統(tǒng)能夠有效消除TSC的分組級差，具有較快的響應速度和很高的穩(wěn)態(tài)精度。
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【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM761;TN713.8

【參考文獻】

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本文編號：1603753