【摘要】：有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)可以應(yīng)對電力系統(tǒng)中的電流諧波和電源電壓失真,已經(jīng)在住宅、商業(yè)和工業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)變換器是APF的重要組成部分,產(chǎn)生補償電流以中和非線性負(fù)載電流中的無功和諧波分量,使電網(wǎng)電流保持正弦并與電網(wǎng)電壓同相位。但是,固定開關(guān)頻率PWM模式下,開關(guān)器件的高頻動作會導(dǎo)致變換器在輸出波形的整數(shù)倍載頻處產(chǎn)生幅值較大的載頻諧波,致使APF在補償非線性負(fù)載低次諧波的同時引入了載頻諧波,這些載頻諧波所具有的電磁噪聲能量會通過近場耦合和遠場耦合形成電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI),降低APF性能。為了抑制APF的載頻諧波,本文將周期頻率調(diào)制策略引入APF系統(tǒng)。在研究過程中,本文主要完成的創(chuàng)新性工作與研究成果如下:(1)進行了單相并聯(lián)型APF系統(tǒng)設(shè)計。一方面,所設(shè)計的APF基于離散傅里葉算法同時實現(xiàn)電網(wǎng)電壓同步相量的鎖相和負(fù)載電流中無功與諧波分量的檢測;另一方面,所設(shè)計的APF電流內(nèi)環(huán)與電壓外環(huán)雙閉環(huán)PI控制系統(tǒng)對頻率較低的周期參考信號具有很高的控制精度。(2)分析了周期頻率正弦脈沖寬度調(diào)制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)頻譜分布特性。以單極性SPWM為研究對象,運用雙重傅里葉分析方法對固定開關(guān)頻率SPWM進行了頻譜量化計算,理論分析了固定開關(guān)頻率SPWM在開關(guān)頻率及其整數(shù)倍處存在較大諧波峰值。進一步將上述頻譜計算方法推廣應(yīng)用到周期頻率SPWM的頻譜量化計算中,并理論分析了周期頻率調(diào)制在不同調(diào)制信號、不同頻率偏差、不同調(diào)制比時的擴頻效果,討論了不同調(diào)制信號下擴頻效果不同的內(nèi)在機理。(3)分析了周期頻率調(diào)制對APF載頻諧波電流的抑制規(guī)律。建立了APF諧波等效電路,運用雙重傅里葉分析方法對固定開關(guān)頻率PWM APF載頻諧波電壓和載頻諧波電流進行了頻譜量化計算,理論分析了固定頻率PWM APF在開關(guān)頻率及其整數(shù)倍處存在幅值較大的載頻諧波電壓和載頻諧波電流。進一步將上述頻譜計算方法推廣應(yīng)用到周期頻率PWM APF載頻諧波頻譜量化計算中,理論分析了具有最優(yōu)諧波抑制效果的調(diào)制信號及頻率偏差的選取方法。(4)分析了周期頻率調(diào)制對APF差模(Differential Mode,DM)EMI的抑制規(guī)律。建立了APF DM EMI等效電路,分析了APF DM EMI的產(chǎn)生機理,提出了量化固定開關(guān)頻率及周期頻率PWM APF DM電壓源頻譜的計算方法,進而預(yù)測周期頻率調(diào)制參數(shù)對APF DM電壓源頻譜的影響,以獲得具有最優(yōu)DM EMI抑制效果的調(diào)制參數(shù)及最優(yōu)DM EMI分布。本文的研究結(jié)果表明,離散傅里葉檢測技術(shù)、雙閉環(huán)PI控制系統(tǒng)、周期頻率PI控制器、定量設(shè)計周期頻率PWM APF載頻諧波電流抑制、周期頻率PWM APF DM EMI抑制、APF補償性能優(yōu)化等方面均取得了預(yù)期效果。本文實驗結(jié)果表明,與固定開關(guān)頻率PWM APF相比,頻率偏差為800 Hz時的鋸齒波周期頻率PWM APF的網(wǎng)側(cè)電流THD優(yōu)化了1.0%,網(wǎng)側(cè)載頻諧波電流峰值下降了約50%,APF DM EMI降低了6.6 dBμV。驗證周期頻率調(diào)制技術(shù)可有效優(yōu)化APF的補償效果、抑制APF載頻諧波電流和降低APF DM EMI。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM761;TN713
【圖文】：

APF基于連接電網(wǎng)方式的分類APF的種類很多，分類方法也很多

圖 1.2 串聯(lián)型 APF 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖 1.3 并聯(lián)型 APF 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示，串聯(lián)型 APF 利用耦合變壓器連接到電網(wǎng)，可等效為受控電源[26,27]。串聯(lián)型 APF 可有效抑制電網(wǎng)的電壓型諧波，且運行效率高。但具有率損耗非常大、絕緣強度高、不能進行無功功率動態(tài)補償?shù)热秉c，同時串聯(lián)APF 的投切和故障后的退出以及各種保護也相對復(fù)雜，因此在工程實踐中受到

圖 1.2 串聯(lián)型 APF 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖 1.3 并聯(lián)型 APF 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示，串聯(lián)型 APF 利用耦合變壓器連接到電網(wǎng)，可等效為受控電源[26,27]。串聯(lián)型 APF 可有效抑制電網(wǎng)的電壓型諧波，且運行效率高。但具有率損耗非常大、絕緣強度高、不能進行無功功率動態(tài)補償?shù)热秉c，同時串聯(lián)APF 的投切和故障后的退出以及各種保護也相對復(fù)雜，因此在工程實踐中受到

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本文編號：2789480