微电网中有源电力滤波装置自适应补偿和稳定性分析研究

发布时间：2020-11-22 16:11

　　 有源电力滤波器(APF)作为一种可以同时动态补偿电网无功功率和谐波功率的电力电子装置,由于配置灵活、损耗低、体积小等诸多优点被广泛应用于亟需对电能质量进行改善治理的场合。APF本质上属于并网逆变器,相当于电流源型输出的变换器,相比于一般的并网逆变器,APF除了需要对基波电流进行跟踪控制之外,增加了谐波控制环,因此其控制器的设计以及稳定性方面与一般的并网逆变器存在差异。APF在负载运行工况改变的情况下,可以动态地调整其输出,保证既不欠补偿,也不会过补偿。当负载过重,需要补偿的功率超过APF自身额定输出时,需要对APF的输出进行限幅,保证装置容量最大化运行的同时,确保可靠稳定运行。微电网结构是当今优化能源供给的一种有效方式,而微电网中也存在着与大电网中如功率因数偏低、谐波过大等电能质量问题,采用APF进行微电网中的电能质量治理也已成为主流方式,但由于微电网的电网内阻抗过大的原因,会影响APF的补偿性能,甚至不能稳定工作。首先,对APF装置的数学模型进行推导,基于瞬时功率平衡方法,得到有功电流到直流母线电压的传递函数,以此为基础设计电压外环控制器。设计PI和重复并联结构的电流内环控制器,并对复合控制器的稳定性进行了分析研究。其次,对APF的最大补偿能力进行了理论计算,在APF容量受限的情况下,提出基于二阶广义积分和递归式离散傅里叶变换的自适应谐波电流补偿方法,保证装置安全稳定运行的同时充分发挥容量的利用率。最后,对APF在微电网中运行的稳定性问题进行了研究,建立了APF在有无阻尼的输出导纳矩阵模型和加入重复控制器后对APF输出导纳的影响,并借助于广义奈奎斯特稳定性判据对APF-弱电网的系统稳定性进行了研究。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM761.12
【部分图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文1 绪论1.1 课题背景及意义现代化的电气设备在给人们的工作和生活提供便利的同时，引起了诸如谐波污染、无功波动、三相不平衡等电能质量问题[1]。如下图 1-1 所示为利用电能质量分析仪所测得的典型电能质量问题在电压电流上的具体体现。

图 1-2 注入 PCC 点的谐波电流允许值与谐波次数和短路容量关系于大量的用电设备导致的电能质量问题不仅威胁其他用电设备的可靠电能的利用率。谐波污染、低功率因数以及 EMI 已成为危害电力系统大公害”。所以如何有效进行电网电能质量问题及其衍生问题针对性电网安全经济运行有着非常积极的意义。源电力滤波装置可以同时满足无功补偿和谐波治理的任务，并且其效偿的能力远远高于无源方式。经过多年的发展有源电力滤波装置已经

图 1-3 未来微电网可能形态微电网中同样存在由不平衡、非线性负荷导致的电能质量问题，如舰船微电大量电机负载消耗无功电流，同时控制中心等计算机设备也是谐波干扰源，电网的电能质量问题治理的最合适的方式同样是在合适的电网节点设置有波装置，如下图 1-4 中所示。有源电力滤波装置在微电网中运行需要考虑到抗对其稳定性的影响，因为电网内阻抗会改变并网变换装置的控制环路增益制性能，严重时将导致系统的不稳定现象。因此对有源电力滤波装置并入弱时，整个系统的稳定性研究具有重大意义。
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本文编号：2894606