發(fā)布時間：2020-05-01 16:38

【摘要】：近年來,隨著各行業(yè)用電需求的增加,大容量非線性沖擊負(fù)荷廣泛存在于電網(wǎng)中,例如電氣化鐵路的牽引設(shè)備、電解鋁企業(yè)的整流設(shè)備以及冶金企業(yè)的電弧爐。該類負(fù)荷具有功率變化劇烈、負(fù)荷曲線呈鋸齒狀、間隔短等特性,接入電網(wǎng)后,將會對電網(wǎng)產(chǎn)生有功及無功沖擊、諧波污染等危害,嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。得益于電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,有源電力濾波器憑借高度可控性、良好的動態(tài)響應(yīng)速度以及不易與電網(wǎng)發(fā)生諧振等優(yōu)點,成為了解決電能質(zhì)量問題的首要手段,但受開關(guān)頻率、器件容量以及散熱工藝等因素限制,單機(jī)補(bǔ)償容量較小。本文正是基于這樣的技術(shù)背景,旨在研究面向大型沖擊性負(fù)荷諧波的全有源模塊化并聯(lián)治理技術(shù),結(jié)合沖擊性負(fù)荷諧波污染源的特性,解決模塊化并聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)問題,包括多機(jī)并聯(lián)最優(yōu)運行模式、高可靠輸出限幅策略、并機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜耦合機(jī)理及穩(wěn)定性分析,最大程度上減少沖擊性負(fù)荷給電網(wǎng)帶來的諧波沖擊,提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量,保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。首先,在有源濾波器多機(jī)并聯(lián)運行模式方面,創(chuàng)新地從系統(tǒng)控制目標(biāo)的角度,分類對比現(xiàn)有五種并聯(lián)模式,得出傳統(tǒng)并機(jī)模式屬于開環(huán)架構(gòu),雖然補(bǔ)償結(jié)構(gòu)直觀,動態(tài)響應(yīng)性能優(yōu)越,但穩(wěn)態(tài)精度有所欠缺。針對上述問題,采用閉環(huán)補(bǔ)償拓?fù)?電流采樣單元直接采集網(wǎng)側(cè)電流形成反饋閉環(huán)控制,改善穩(wěn)態(tài)精度。結(jié)合沖擊性諧波污染源的負(fù)載特性,進(jìn)一步提出了多機(jī)分次和多機(jī)均流相結(jié)合的開閉環(huán)補(bǔ)償模式,不僅保留了開環(huán)結(jié)構(gòu)快速響應(yīng)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)高補(bǔ)償精度的優(yōu)勢,而且兼具分次補(bǔ)償高容量利用率和均流補(bǔ)償實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。其次,在有源濾波器輸出限幅策略方面,詳細(xì)分析了有源電力濾波器在工業(yè)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的限幅需求(直流側(cè)電壓利用率、補(bǔ)償電流有效值和瞬時值)及其相應(yīng)的保護(hù)對象(半導(dǎo)體器件IGBT、并網(wǎng)電抗器、斷路器和PWM-VSC的指令電壓線性輸出),并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出相應(yīng)的約束條件。通過對比研究三種傳統(tǒng)限幅控制策略(截斷限幅、比例限幅和優(yōu)先級限幅)的優(yōu)缺點,進(jìn)一步提出了補(bǔ)償容量最優(yōu)和網(wǎng)側(cè)電流THD最優(yōu)的兩個優(yōu)化目標(biāo)及其實現(xiàn)方法,包括基于粒子群算法的最優(yōu)限幅系數(shù)確定和電流控制策略。然后,在有源濾波器多機(jī)并聯(lián)穩(wěn)定性分析方面,針對弱電網(wǎng)條件下多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)存在復(fù)雜耦合,從最基本的電流環(huán)出發(fā)推導(dǎo)出相應(yīng)等效導(dǎo)納模型。在此基礎(chǔ)上,考慮到有源濾波器在電流環(huán)前級增加了電流采樣單元,通過電路簡化得到諧波控制環(huán)導(dǎo)納模型和多機(jī)并聯(lián)諧波補(bǔ)償系統(tǒng)等效電路,進(jìn)一步推導(dǎo)出并聯(lián)系統(tǒng)各部分響應(yīng)表達(dá)式,從而揭示了多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的本質(zhì)原因以及維持系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件。最后,在實驗平臺設(shè)計與驗證方面,采用三相四橋臂式主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于DSP+FPGA雙核心架構(gòu)的控制系統(tǒng)對前文所提出的多模塊并聯(lián)諧波補(bǔ)償策略以及限幅策略進(jìn)行了驗證,實驗結(jié)果進(jìn)一步說明了所提方法的有效性和合理性。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM761

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