单相并联型有源电力滤波器周期频率调制策略研究

发布时间：2020-08-11 19:35

【摘要】：有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)可以应对电力系统中的电流谐波和电源电压失真,已经在住宅、商业和工业等许多领域得到了广泛应用。脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)变换器是APF的重要组成部分,产生补偿电流以中和非线性负载电流中的无功和谐波分量,使电网电流保持正弦并与电网电压同相位。但是,固定开关频率PWM模式下,开关器件的高频动作会导致变换器在输出波形的整数倍载频处产生幅值较大的载频谐波,致使APF在补偿非线性负载低次谐波的同时引入了载频谐波,这些载频谐波所具有的电磁噪声能量会通过近场耦合和远场耦合形成电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI),降低APF性能。为了抑制APF的载频谐波,本文将周期频率调制策略引入APF系统。在研究过程中,本文主要完成的创新性工作与研究成果如下:(1)进行了单相并联型APF系统设计。一方面,所设计的APF基于离散傅里叶算法同时实现电网电压同步相量的锁相和负载电流中无功与谐波分量的检测;另一方面,所设计的APF电流内环与电压外环双闭环PI控制系统对频率较低的周期参考信号具有很高的控制精度。(2)分析了周期频率正弦脉冲宽度调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)频谱分布特性。以单极性SPWM为研究对象,运用双重傅里叶分析方法对固定开关频率SPWM进行了频谱量化计算,理论分析了固定开关频率SPWM在开关频率及其整数倍处存在较大谐波峰值。进一步将上述频谱计算方法推广应用到周期频率SPWM的频谱量化计算中,并理论分析了周期频率调制在不同调制信号、不同频率偏差、不同调制比时的扩频效果,讨论了不同调制信号下扩频效果不同的内在机理。(3)分析了周期频率调制对APF载频谐波电流的抑制规律。建立了APF谐波等效电路,运用双重傅里叶分析方法对固定开关频率PWM APF载频谐波电压和载频谐波电流进行了频谱量化计算,理论分析了固定频率PWM APF在开关频率及其整数倍处存在幅值较大的载频谐波电压和载频谐波电流。进一步将上述频谱计算方法推广应用到周期频率PWM APF载频谐波频谱量化计算中,理论分析了具有最优谐波抑制效果的调制信号及频率偏差的选取方法。(4)分析了周期频率调制对APF差模(Differential Mode,DM)EMI的抑制规律。建立了APF DM EMI等效电路,分析了APF DM EMI的产生机理,提出了量化固定开关频率及周期频率PWM APF DM电压源频谱的计算方法,进而预测周期频率调制参数对APF DM电压源频谱的影响,以获得具有最优DM EMI抑制效果的调制参数及最优DM EMI分布。本文的研究结果表明,离散傅里叶检测技术、双闭环PI控制系统、周期频率PI控制器、定量设计周期频率PWM APF载频谐波电流抑制、周期频率PWM APF DM EMI抑制、APF补偿性能优化等方面均取得了预期效果。本文实验结果表明,与固定开关频率PWM APF相比,频率偏差为800 Hz时的锯齿波周期频率PWM APF的网侧电流THD优化了1.0%,网侧载频谐波电流峰值下降了约50%,APF DM EMI降低了6.6 dBμV。验证周期频率调制技术可有效优化APF的补偿效果、抑制APF载频谐波电流和降低APF DM EMI。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM761;TN713
【图文】：

APF基于连接电网方式的分类APF的种类很多，分类方法也很多

图 1.2 串联型 APF 拓扑结构 图 1.3 并联型 APF 拓扑结构如图 1.2 所示，串联型 APF 利用耦合变压器连接到电网，可等效为受控电源[26,27]。串联型 APF 可有效抑制电网的电压型谐波，且运行效率高。但具有率损耗非常大、绝缘强度高、不能进行无功功率动态补偿等缺点，同时串联APF 的投切和故障后的退出以及各种保护也相对复杂，因此在工程实践中受到

图 1.2 串联型 APF 拓扑结构 图 1.3 并联型 APF 拓扑结构如图 1.2 所示，串联型 APF 利用耦合变压器连接到电网，可等效为受控电源[26,27]。串联型 APF 可有效抑制电网的电压型谐波，且运行效率高。但具有率损耗非常大、绝缘强度高、不能进行无功功率动态补偿等缺点，同时串联APF 的投切和故障后的退出以及各种保护也相对复杂，因此在工程实践中受到

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本文编号：2789480