【摘要】：隨著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的不斷進(jìn)步,現(xiàn)代電力系統(tǒng)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展,人們對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的電能質(zhì)量要求也在不斷提高。在諸多電能質(zhì)量問(wèn)題中,由輸配電過(guò)程和用電終端的大量非線性負(fù)載引起的諧波污染影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,給正常生產(chǎn)生活帶來(lái)極大危害。因此,改善電能質(zhì)量、抑制電網(wǎng)諧波污染,已成為電力行業(yè)必須重視且亟待解決的重要課題之一。有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)是目前重要的一種電能質(zhì)量綜合治理手段,其具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償精度高、補(bǔ)償方式靈活等優(yōu)點(diǎn)。本文圍繞LCTL型并聯(lián)有源電力濾波器的若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入探討和研究。本文基于分析力學(xué)原理,通過(guò)研究電力電子系統(tǒng)和力學(xué)系統(tǒng)的類比關(guān)系,對(duì)基于Lagrange方程的APF系統(tǒng)分析力學(xué)建模方法進(jìn)行分析總結(jié);在此基礎(chǔ)上,對(duì)APF系統(tǒng)的能控性和能觀性、欠驅(qū)動(dòng)特性、無(wú)源性和耗散性等內(nèi)在特性進(jìn)行了深入的揭示,為非線性控制策略在APF上的應(yīng)用及控制器設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。在以上理論分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)APF系統(tǒng)的“強(qiáng)耦合、非線性、欠驅(qū)動(dòng)”特性,分別從電流和功率的角度對(duì)APF系統(tǒng)進(jìn)行部分反饋線性化控制設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了APF有功電流和無(wú)功電流的解耦控制,結(jié)合空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)諧波電流的精確補(bǔ)償;同時(shí),在電流內(nèi)環(huán)控制中引入具有高穩(wěn)態(tài)精度的重復(fù)控制方法,提出一種對(duì)電網(wǎng)頻率波動(dòng)具有較強(qiáng)適應(yīng)性的電流前饋復(fù)合重復(fù)控制方法,有效解決了“重復(fù)控制內(nèi)模易受電網(wǎng)頻率波動(dòng)影響的問(wèn)題”。傳統(tǒng)的PI控制環(huán)節(jié)不利于保證受控對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性,針對(duì)此問(wèn)題,將自抗擾控制(ADRC)引入電壓環(huán)控制,給出了APF直流側(cè)電壓自抗擾控制器的整體設(shè)計(jì)方法,使得直流側(cè)電壓抗網(wǎng)側(cè)及負(fù)載側(cè)擾動(dòng)能力、系統(tǒng)響應(yīng)速度和控制精度都得到有效提高。作為電網(wǎng)諧波治理裝置,APF對(duì)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)頻率諧波濾波器的要求比一般電力設(shè)備更為嚴(yán)格,以避免電網(wǎng)的二次諧波污染。因此,在對(duì)傳統(tǒng)LCL濾波器及其改進(jìn)拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上,本文提出一種LCTL濾波器及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法。與LCL和LLCL濾波器相比,由于陷波支路的存在,LCTL濾波器可以有效濾除開(kāi)關(guān)頻率諧波;在高頻段,LCTL濾波器可以保持較高衰減率;同時(shí),陷波支路的引入也降低了系統(tǒng)成本。針對(duì)以往無(wú)源阻尼參數(shù)選取范圍大、選取依據(jù)模糊的問(wèn)題,給出了LCTL濾波器無(wú)源阻尼參數(shù)的精確選取方法和依據(jù),以及無(wú)源阻尼LCTL濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)方法和步驟。本文給出了一個(gè)完整的應(yīng)用于APF的LCTL型開(kāi)關(guān)頻率濾波器設(shè)計(jì)方案。為提高APF系統(tǒng)諧波檢測(cè)速度和非線性策略的控制效果,對(duì)電網(wǎng)頻率、相位等信息的準(zhǔn)確快速提取是必要的,高效穩(wěn)定的電網(wǎng)電壓同步方法是三相變流器高質(zhì)量運(yùn)行的重要因素。本文針對(duì)“三相不平衡、諧波畸變、直流擾動(dòng)、電壓驟降和頻率突變”等復(fù)雜電網(wǎng)工況下的“電網(wǎng)電壓同步檢測(cè)”,提出了一種“基于復(fù)數(shù)解耦和自適應(yīng)濾波器的電網(wǎng)電壓同步檢測(cè)方法”。其中,復(fù)數(shù)解耦可以快速分離電網(wǎng)電壓正序和負(fù)序分量,并對(duì)電網(wǎng)高頻諧波有一定的抑制作用,自適應(yīng)濾波器(AF)有效的實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)正負(fù)序分量的二次分離,同時(shí)對(duì)直流分量有著很好的衰減作用。利用AF設(shè)計(jì)鎖頻環(huán)節(jié),與復(fù)數(shù)濾波器形成頻率反饋閉環(huán),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的“頻率自適應(yīng)控制”,有效減小了傳統(tǒng)電網(wǎng)同步方法存在的頻率誤差累積問(wèn)題。本文針對(duì)APF系統(tǒng)在理論分析和工程應(yīng)用中面臨的“高精度非線性控制策略的應(yīng)用、直流側(cè)電壓抗擾動(dòng)能力的提高、開(kāi)關(guān)頻率諧波濾波器的設(shè)計(jì)、高效穩(wěn)定的電網(wǎng)電壓同步策略”等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,基于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的建模與非線性控制理論,給出了一類APF系統(tǒng)的理論分析和具體的解決方案,其對(duì)于APF諧波補(bǔ)償性能的提高和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

(a) 無(wú)源阻尼 (b) 有源阻尼圖 3-5 電容支路串聯(lián)阻尼電阻等效控制結(jié)構(gòu)圖ig.3-5 Equivalent control structure of capacitival and resistance in series LCL 濾波器的改進(jìn)拓?fù)浞治?LCL 濾波器的基礎(chǔ)上，一些改進(jìn)拓?fù)涞拈_(kāi)關(guān)頻率濾波器相繼傳統(tǒng)濾波器的低通特性與開(kāi)關(guān)頻率諧波頻譜離散分布之間的矛出了一種新型的 LLCL 濾波器，其單相等效電路圖如圖 3-6濾波器通過(guò)在傳統(tǒng) LCL 濾波器的電容支路串聯(lián)一個(gè)小電感構(gòu)，使得濾波器在開(kāi)關(guān)頻率 fs處有著更高的諧波衰減率，，從而大出電流中開(kāi)關(guān)頻率諧波的含量。文獻(xiàn)[89]提出了應(yīng)用于分布式諧陷波器，其單相等效電路圖如圖 3-6(b)所示。多調(diào)諧陷波器波支路，陷波支路的增加可以提高濾波器的性能，理論上可以率及倍頻邊帶諧波，但同時(shí)也增加了參數(shù)設(shè)計(jì)和控制上的困難振蕩，所以需要選擇合理的陷波支路個(gè)數(shù) n，一般取 n=2。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM761

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2604479