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(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著大量電力電子設(shè)備的應(yīng)用，電能質(zhì)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(zhì)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(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)補償精度高、補償方式靈活、不易與電網(wǎng)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(zhì)量問題，對改善電網(wǎng)品質(zhì)、維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的意義。APF在數(shù)字化實現(xiàn)及實際應(yīng)用中仍然存在著一些問題，諸如常用的傅里葉數(shù)學(xué)工具的分析精度對電網(wǎng)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(guān)噪聲濾波器設(shè)計缺乏系統(tǒng)的理論；當電網(wǎng)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(guān)噪聲濾波器設(shè)計、阻尼控制等方面的關(guān)鍵技術(shù)，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(nèi)容包括以下幾個方面： APF實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)控制的關(guān)鍵是準確獲取電網(wǎng)的同步相量。而硬件鎖相環(huán)技術(shù)易受高頻噪聲干擾，產(chǎn)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(shù)，具有檢測精度高、占用資源少的優(yōu)點。針對電網(wǎng)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(wǎng)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(shù)值對普通RDFT算法獲得的檢測結(jié)果進行修正，即可獲得精確的電網(wǎng)相位與幅值信息。該算法計算量小，即便電網(wǎng)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(shù)應(yīng)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?shù)撵`活性，便于實際應(yīng)用；同時提出了一種基于同步旋轉(zhuǎn)坐標變換的三相選擇性諧波檢測算法，數(shù)據(jù)窗長度為1/6工頻周期的滑窗平均值濾波器的應(yīng)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(shù)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(shù)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(shù)，能夠有效提高系統(tǒng)的開關(guān)頻率和控制效果。針對電流瞬時值比較技術(shù)存在爬坡效應(yīng)及開關(guān)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(zhì)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(shè)計方法。根據(jù)APF補償容量和負荷預(yù)估，設(shè)計滿足系統(tǒng)跟蹤性的最優(yōu)連接電抗值。為減小對電網(wǎng)的高頻污染，APF需要加裝開關(guān)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(jù)阻抗分析的方法提出一套LCL濾波器的科學(xué)設(shè)計方法，，使系統(tǒng)兼顧優(yōu)異的開關(guān)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(chǎn)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(jù)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(fù)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(shù)的穩(wěn)定域。當APF將開關(guān)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(chǎn)生的機理及抑制方法，采取同時檢測負載電流和電網(wǎng)電流的復(fù)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(jié)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(yīng)速度和很高的穩(wěn)態(tài)精度。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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