本文關(guān)鍵詞：多模塊并聯(lián)APF關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：根據(jù)我國綠色、低碳發(fā)展的要求,電網(wǎng)諧波問題受到越來越多的關(guān)注。有源電力濾波器(Active Power Filter, APF)作為治理諧波的有效裝置之一,逐漸趨于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。工業(yè)界對大容量、高可靠性的APF需求日益增多。多模塊并聯(lián)APF以其擴容靈活、可靠性高等優(yōu)點成為一個重要發(fā)展方向和研究熱點。本文對多模塊并聯(lián)APF的若干關(guān)鍵技術(shù)問題進行了深入研究。 為滿足各模塊對負載電流采樣信號的一致性及采樣系統(tǒng)可靠性要求,設(shè)計了模塊化APF負載電流兩級采樣策略,可避免各模塊共用一級傳感器時存在的單點故障,以及各APF模塊單獨設(shè)置電流傳感器引起的采樣信號不同步問題；對適用于APF不對稱諧波負載提取的數(shù)字帶通濾波器法、ip、iq法、離散傅立葉變換法進行分析對比,在此基礎(chǔ)上給出了改進離散傅立葉諧波檢測方法,可檢測指定次不對稱諧波,并且計算效率和所需數(shù)據(jù)空間比傳統(tǒng)DFT滑窗迭代算法有所改善。相關(guān)實驗驗證了設(shè)計方法和技術(shù)的有效性。 針對N+X冗余系統(tǒng)需要對每個單機APF模塊設(shè)置一個固定物理地址,難以產(chǎn)業(yè)化的問題,在分析N+X并聯(lián)冗余APF系統(tǒng)的可靠性的基礎(chǔ)上,分別提出了一種基于模塊編號的集中控制和主從控制策略,設(shè)計了系統(tǒng)均流策略、模塊限流保護方法,最終實現(xiàn)了具有較大潛在應(yīng)用價值、高可靠性的N+1多模塊并聯(lián)APF冗余控制策略。同時,提出了一種模塊橋臂間故障冗余策略,較之故障時整機切除模塊的方法,可以充分利用故障模塊的完好橋臂,增加了模塊工作的靈活性。通過樣機實驗驗證了所提出的冗余控制策略的可行性與實用性。 針對采用LCL濾波器的APF諧振問題,采用了帶LC開關(guān)紋波抑制支路的無源阻尼方法,可有效抑制諧振,并減少傳統(tǒng)阻尼電阻引起的損耗和發(fā)熱。建立了多模塊APF并聯(lián)結(jié)構(gòu)的多變量系統(tǒng)數(shù)學模型,并在合理假設(shè)所有APF參數(shù)完全一致的情況下,推導出n模塊并聯(lián)APF的等效單機模型。并在考慮網(wǎng)側(cè)阻抗耦合問題的基礎(chǔ)上,分析了模塊化APF的穩(wěn)定性。 以三模塊APF并聯(lián)系統(tǒng)樣機的設(shè)計與實現(xiàn)為例,進行了模塊化APF并聯(lián)系統(tǒng)試制。將APF模塊設(shè)計為結(jié)構(gòu)緊湊、易于實現(xiàn)熱插拔的“抽屜式”結(jié)構(gòu)。為保證“抽屜式”結(jié)構(gòu)的散熱裕量,提出強制風冷條件下流動-散熱耦合的流體動力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)數(shù)值模擬方法,可準確模擬APF模塊在工作中的實際溫升情況,縮減了研發(fā)成本和研發(fā)周期。同時,設(shè)計了多模塊并聯(lián)APF系統(tǒng)的控制、通訊及人機界面的實現(xiàn)方案。最后,在所研制的三模塊APF并聯(lián)系統(tǒng)中實驗驗證,包括三相平衡負載、以及各種不平衡負載工況下模塊化APF系統(tǒng)的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)實驗以及模塊溫升實驗。補償性能實驗結(jié)果證明依照本文理論所設(shè)計的多模塊APF系統(tǒng)具有良好性能,溫升實驗結(jié)果與仿真分析一致,證明所提出的CFD方法對APF模塊的散熱模擬是可行的。
【關(guān)鍵詞】：電能質(zhì)量 諧波抑制 模塊化 可靠性 并聯(lián)有源電力濾波器 冗余控制 LCL濾波器 諧振抑制
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN713.8;TM761
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 圖索引10-13
• 表索引13-14
• 符號及術(shù)語14-16
• 目錄16-19
• 1. 緒論19-33
• 1.1. 引言19
• 1.2. 諧波的產(chǎn)生及治理19-21
• 1.2.1. 諧波的產(chǎn)生及危害19-20
• 1.2.2. 諧波補償標準20-21
• 1.2.3. 諧波補償方法21
• 1.3. 有源電力濾波器的發(fā)展與國內(nèi)外現(xiàn)狀21-22
• 1.4. 多模塊并聯(lián)有源電力濾波器簡介22-23
• 1.5. 多模塊并聯(lián)有源電力濾波器關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用23-31
• 1.5.1. 多模塊并聯(lián)APF負載電流采樣及諧波分離技術(shù)24-26
• 1.5.2. 多模塊并聯(lián)APF冗余控制技術(shù)26-28
• 1.5.3. APF電流控制技術(shù)28-29
• 1.5.4. 多模塊并聯(lián)APF諧振抑制技術(shù)29-30
• 1.5.5. 其它相關(guān)技術(shù)30-31
• 1.6. 本文選題意義和主要研究內(nèi)容31-33
• 1.6.1. 本文選題意義31
• 1.6.2. 本文主要研究內(nèi)容31-33
• 2. 模塊化APF負載電流檢測及分離33-53
• 2.1. 引言33
• 2.2. 負載電流采樣策略33-34
• 2.3. 不對稱諧波的i_p-i_q檢測算法34-37
• 2.4. 基于帶通濾波任意次諧波檢測方法37-40
• 2.5. 改進DFT的任意次不對稱諧波電流檢測方法40-44
• 2.5.1. 基于滑窗迭代傅里葉變換諧波檢電流測法40-42
• 2.5.2. 改進DFT的選擇性諧波電流檢測算法42-44
• 2.6. 諧波檢測算法對直流側(cè)電壓的影響44-46
• 2.7. 實驗結(jié)果46-52
• 2.7.1. 諧波檢測穩(wěn)態(tài)實驗46-47
• 2.7.2. 諧波檢測動態(tài)實驗47-48
• 2.7.3. 諧波負載切換時直流側(cè)電壓的波動48-49
• 2.7.4. 對稱諧波負載補償實驗49
• 2.7.5. 不對稱諧波負載補償實驗49-51
• 2.7.6. 指定次諧波電流補償實驗51-52
• 2.8. 本章小結(jié)52-53
• 3. 多模塊并聯(lián)APF系統(tǒng)冗余控制策略53-79
• 3.1. 引言53
• 3.2. APF并聯(lián)冗余技術(shù)53-55
• 3.3. 模塊化并聯(lián)APF可靠性分析55-60
• 3.3.1. APF可靠性指標55-57
• 3.3.2. N+X并聯(lián)APF冗余系統(tǒng)的可靠性分析57-60
• 3.4. 基于模塊編號的APF并聯(lián)冗余控制策略60-65
• 3.4.1. 基于模塊編號的集中控制策略61-63
• 3.4.2. 基于模塊編號的主從控制策略63-65
• 3.5. 均流策略65-67
• 3.6. 模塊化并聯(lián)APF限流保護策略67-70
• 3.7. 模塊間橋臂故障冗余策略70-72
• 3.8. 實驗結(jié)果72-78
• 3.8.1. 1+1冗余系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)補償實驗73-74
• 3.8.2. 1+1冗余系統(tǒng)動態(tài)補償實驗74-75
• 3.8.3. 限流補償實驗75-77
• 3.8.4. 橋臂間冗余控制實驗77-78
• 3.9. 本章小結(jié)78-79
• 4. 多模塊并聯(lián)APF建模及穩(wěn)定性分析79-101
• 4.1. 引言79
• 4.2. 單機APF模型79-85
• 4.2.1. 反饋網(wǎng)側(cè)電流和反饋逆變側(cè)電流控制79-82
• 4.2.2. 單機APF的諧振特性82-83
• 4.2.3. 新型無源阻尼83-85
• 4.3. n模塊APF并聯(lián)數(shù)學模型85-91
• 4.3.1. n模塊并聯(lián)APF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)85-86
• 4.3.2. n模塊并聯(lián)APF建模86-90
• 4.3.3. n模塊并聯(lián)APF諧振分析90-91
• 4.4. n模塊并聯(lián)APF反饋網(wǎng)側(cè)電流傳遞函數(shù)分析91-94
• 4.5. n模塊并聯(lián)APF電流控制及穩(wěn)定性分析94-100
• 4.5.1. n模塊并聯(lián)APF電流控制分析94-95
• 4.5.2. 電流控制器的設(shè)計95-98
• 4.5.3. 穩(wěn)定性分析98-100
• 4.6. 本章小結(jié)100-101
• 5. 三模塊并聯(lián)APF系統(tǒng)的設(shè)計及實驗101-129
• 5.1. 引言101
• 5.2. 模塊化APF結(jié)構(gòu)設(shè)計101-103
• 5.3. APF模塊熱設(shè)計及CFD數(shù)值模擬103-110
• 5.3.1. 功率模塊的發(fā)熱分析103-105
• 5.3.2. 逆變側(cè)電感L_c和網(wǎng)側(cè)電感L_s發(fā)熱分析與計算105-106
• 5.3.3. 冷卻設(shè)備設(shè)計106-107
• 5.3.4. 強制風冷條件下模塊流、熱耦合CFD分析107-110
• 5.4. 多模塊并聯(lián)APF的控制實現(xiàn)110-115
• 5.4.1. 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)111
• 5.4.2. 總監(jiān)控單元的設(shè)計111-113
• 5.4.3. 控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)113-114
• 5.4.4. 控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn)114-115
• 5.5. 集中控制的通訊實現(xiàn)和人機界面設(shè)計115-119
• 5.5.1. 集中控制的通訊實現(xiàn)115-117
• 5.5.2. 人機界面的設(shè)計117-119
• 5.6. 三模塊并聯(lián)APF實驗結(jié)果119-127
• 5.6.1. 模塊溫升實驗119-121
• 5.6.2. 平衡負載條件下三模塊并聯(lián)補償實驗121-122
• 5.6.3. 不平衡負載條件下三模塊并聯(lián)補償實驗122-126
• 5.6.4. 負載中線電流抑制實驗126-127
• 5.7. 本章小結(jié)127-129
• 6. 總結(jié)與展望129-131
• 6.1. 本文工作總結(jié)129-130
• 6.2. 未來工作展望130-131
• 參考文獻131-139
• 附錄1： 實驗裝置圖片139-142
• 附錄2： 科研成果142-144
• 致謝144

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：多模塊并聯(lián)APF關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：381866