本文關(guān)鍵詞：基于三次諧波注入及LCL濾波器的三相并聯(lián)型有源電力濾波器的研制

  更多相關(guān)文章： 有源電力濾波器 三次諧波注入 半周重復控制 消除測量誤差 保護系統(tǒng)

【摘要】：隨著大量非線性負載接入配電網(wǎng)，諧波污染問題日益嚴重。從現(xiàn)有的研究成果及實際應(yīng)用來看，三相并聯(lián)型有源電力濾波器(Shunt Active Power Filters, SAPF)是治理配電網(wǎng)諧波污染的有效手段。歐美已廣泛應(yīng)用，國內(nèi)在SAPF拓撲設(shè)計、諧波檢測、電流控制技術(shù)等方面取得了良好進展，而對產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵問題（散熱、電磁兼容、絕緣耐壓、成本體積、安全穩(wěn)定性等）的理論研究不夠深入。作為國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目（863計劃）資助課題“基于分布式能源的用戶側(cè)智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”的電能質(zhì)量控制部分，基于低壓有源電力濾波裝置的行業(yè)標準JB/T11067-2011（JB067），本文對三相SAPF產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵問題展開系統(tǒng)而深入的理論研究，通過拓撲結(jié)構(gòu)、電流控制策略、測量誤差校正方法及保護系統(tǒng)的創(chuàng)新與完善，研制一款穩(wěn)定、實用、高性價比的三相并聯(lián)型有源濾波裝置。主要研究內(nèi)容及成果包括： 1）拓撲設(shè)計方面：提出一種申請了發(fā)明專利的基于三次諧波注入的LCL有源電力濾波器拓撲，該拓撲在LCL濾波器的基礎(chǔ)上，利用空間矢量法對PWM波進行調(diào)制而產(chǎn)生的三次諧波電壓作為三次諧波電壓源，通過并聯(lián)電容器組注入電網(wǎng)，構(gòu)建了三次諧波電壓及零序電流注入回路，相對傳統(tǒng)拓撲，提高了直流側(cè)電壓利用率，減少了功率模塊發(fā)熱，克服了傳統(tǒng)拓撲無法提供零序電流泄放通道而使裝置本身成為電網(wǎng)三相不平衡負載的不足，改進了裝置的電磁兼容及絕緣耐壓性能。 2）電流控制方面：利用電網(wǎng)諧波電流周期性重復出現(xiàn)的特性，設(shè)計了一種基于誤差預測算子的周期重復控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)的無差拍控制，避免了常規(guī)基于瞬時值反饋的無差拍控制很難用統(tǒng)一數(shù)學模型對諧波電流進行描述而影響穩(wěn)態(tài)精度的不足。同時，對周期重復控制進行了改進，提出一種基于正弦算子的半周重復控制(Half-PeriodRepetitive Controller, HPRC)，減小了重復控制延時，提高了系統(tǒng)動態(tài)性能。 3）測量誤差校正方面：提出一種消除測量誤差的穩(wěn)態(tài)校正法(Steady-StateCorrection,SSC)，該方法在不增加成本的情況下消除測量誤差，提高控制精度。本文在分析測量誤差對控制系統(tǒng)的影響的基礎(chǔ)上，推導并設(shè)計了可消除測量誤差的穩(wěn)態(tài)校正環(huán)節(jié)，并將該方法應(yīng)用在有源電力濾波器中（獲得發(fā)明專利授權(quán)），克服了傳統(tǒng)方法通過選用昂貴的精密電子器件檢測諧波電流來減少測量誤差的不足，為高精度、低成本有源電力濾波器的產(chǎn)品化實現(xiàn)提供了有效途徑。 4）保護系統(tǒng)方面：深入研究了針對三相SAPF裝置本體的保護措施及針對運行過程中特殊狀態(tài)下的保護措施，對關(guān)鍵故障采用了硬件保護加軟件保護的冗余設(shè)計方案，并設(shè)計了采用一個限流電阻的改進型預充電電路實現(xiàn)系統(tǒng)預充電，為裝置的安全穩(wěn)定運行提供了保障。 在理論研究和關(guān)鍵技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，本課題組與某大型上市公司合作，，完成了60KVA試驗樣機與工業(yè)樣機的研制，仿真與廠測結(jié)果證明，該樣機的整體性能符合JB067標準，關(guān)鍵技術(shù)指標達到國際知名品牌的水平，可以在863示范項目中試運行，為最終裝置的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化奠定了工程化的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：有源電力濾波器 三次諧波注入 半周重復控制 消除測量誤差 保護系統(tǒng)
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN713.8;TM761
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 諧波概述12-13
• 1.2 有源電力濾波器的特點13-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 現(xiàn)有研究存在問題16-21
• 1.5 選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章 三相并聯(lián)型有源電力濾波器的核心技術(shù)23-40
• 2.1 三相并聯(lián)型有源電力濾波器的工作原理及特點23-25
• 2.2 有源電力濾波器的研究現(xiàn)狀與存在問題25-27
• 2.2.1 國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化研究現(xiàn)狀25
• 2.2.2 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化研究存在的問題25-27
• 2.3 有源電力濾波器的核心技術(shù)分析27-39
• 2.3.1 拓撲設(shè)計27-31
• 2.3.2 諧波檢測31-33
• 2.3.3 電流控制33-38
• 2.3.4 測量誤差校正38
• 2.3.5 保護系統(tǒng)設(shè)計38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 三相并聯(lián)型有源電力濾波器的拓撲設(shè)計40-64
• 3.1 基于三次諧波注入及 LCL 濾波器的拓撲設(shè)計思路40-42
• 3.2 有源電力濾波器三次諧波注入的無源實現(xiàn)方法42-51
• 3.2.1 無源三次諧波電壓注入回路的實現(xiàn)方法42-48
• 3.2.2 無源三次諧波電流回路的實現(xiàn)方法48-49
• 3.2.3 EMC 及地電位電路的實現(xiàn)方法49-51
• 3.3 有源電力濾波器 LCL 濾波器的約束方程設(shè)計法51-61
• 3.3.1 各參數(shù)對濾波性能的影響分析51-55
• 3.3.2 基于約束方程的 LCL 濾波器的參數(shù)設(shè)計55-58
• 3.3.3 LCL 濾波器的諧振抑制58-61
• 3.4 基于三次諧波注入及 LCL 濾波器的統(tǒng)一拓撲結(jié)構(gòu)61-62
• 3.5 本章小結(jié)62-64
• 第四章 三相并聯(lián)型有源電力濾波器的控制64-93
• 4.1 基于三次諧波注入及 LCL 濾波器的拓撲建模64-67
• 4.2 基于三次諧波注入及 LCL 濾波器拓撲的電壓空間矢量調(diào)制67-73
• 4.3 基于誤差預測算子的周期重復控制73-79
• 4.4 基于正弦算子的半周重復控制79-91
• 4.4.1 半周重復控制原理分析79-83
• 4.4.2 半周重復控制數(shù)學建模83-85
• 4.4.3 半周重復控制穩(wěn)定性分析及系統(tǒng)校正85-90
• 4.4.4 半周重復控制仿真分析90-91
• 4.5 本章小結(jié)91-93
• 第五章 消除系統(tǒng)測量誤差的穩(wěn)態(tài)校正法93-104
• 5.1 系統(tǒng)測量誤差及穩(wěn)態(tài)誤差分析93-94
• 5.2 系統(tǒng)測量誤差對控制精度的影響94-96
• 5.3 穩(wěn)態(tài)校正法96-99
• 5.3.1 穩(wěn)態(tài)校正法模型96
• 5.3.2 穩(wěn)態(tài)校正法消除測量誤差機理分析96-98
• 5.3.3 穩(wěn)態(tài)校正法減少穩(wěn)態(tài)誤差機理分析98-99
• 5.4 穩(wěn)態(tài)校正法在三相并聯(lián)型有源電力濾波器中的應(yīng)用99-103
• 5.4.1 控制原理分析99-100
• 5.4.2 建模與仿真分析100-103
• 5.5 本章小結(jié)103-104
• 第六章 三相并聯(lián)型有源電力濾波器的保護系統(tǒng)設(shè)計104-122
• 6.1 有源電力濾波器保護系統(tǒng)的重要性分析104-105
• 6.2 有源電力濾波器的本體保護105-113
• 6.2.1 變流器模塊保護105-111
• 6.2.2 控制電路板故障保護111-113
• 6.3 有源電力濾波器運行過程中的特殊狀態(tài)保護113-120
• 6.3.1 預充電保護114-116
• 6.3.2 啟動保護116-118
• 6.3.3 停機保護118
• 6.3.4 負載超限保護118-120
• 6.4 本章小結(jié)120-122
• 第七章 工業(yè)樣機研制與仿真實驗122-141
• 7.1 裝置研制依據(jù)標準及正常工作環(huán)境122-123
• 7.2 裝置功能要求及主要電氣性能123-124
• 7.3 硬件平臺構(gòu)建124-128
• 7.4 軟件框架設(shè)計128-131
• 7.5 仿真與試驗131-140
• 7.5.1 三次諧波注入及 LCL 濾波效果驗證132-134
• 7.5.2 周期重復控制驗證134-135
• 7.5.3 穩(wěn)態(tài)校正法驗證135-137
• 7.5.4 不同負載實驗137-138
• 7.5.5 不同系統(tǒng)電壓實驗138-140
• 7.6 本章小結(jié)140-141
• 結(jié)論與展望141-143
• 參考文獻143-153
• 攻讀博士學位期間取得的研究成果153-154
• 致謝154-155
• IV - 2答辯委員會對論文的評定意見155

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