基于网侧电流检测的并联有源电力滤波器控制技术研究

发布时间：2018-05-01 08:13

本文选题：有源电力滤波器 + 网侧电流检测　；参考：《太原理工大学》2017年博士论文

【摘要】：随着能源互联网和新能源在电力系统的飞速发展,越来越多的非线性元器件在电网中广泛应用,系统的电能质量越来越成为一个普遍受到关注的热点问题之一。有源电力滤波器(并联)作为解决电能质量的一种重要手段,在业界得到了广泛的应用。目前,有源电力滤波器的控制策略大多采用负荷侧电流谐波检测的方法,这导致其谐波检测单元引入的误差可能造成补偿电流参考信号的精度不足,直接降低了有源电力滤波器的补偿效果。基于网侧电流检测的控制技术,无谐波检测环节,控制精度高,计算量小,越来越成为当下一个普遍受到关注的研究热点。本文对基于网侧电流检测的Power Balance(PB)控制、单周控制以及工程化关键技术等问题进行了较为深入研究和探讨,主要包括以下几点内容:(1)提出一种网侧电流检测的双闭环控制策略,避免了谐波检测单元造成的误差,改善了有源电力滤波器的补偿精度。将负荷电流作为扰动,通过变量替换,建立了以网侧电流为状态变量的数学模型。利用该模型,研究了负荷电流在旋转坐标系下的频率特性,和直流电压的动态特性。基于系统功率守恒,给出了直流侧电压的波动等式与等效电阻对滤波器补偿容量的约束限制。在此基础上,根据内模原理,设计了相应的电流、电压控制器,形成双闭环控制系统。最后,数值仿真和电路实验分析验证了该控制方法的有效性。这种控制策略有效改善了有源电力滤波器的补偿效果,且具有选择性补偿特定次谐波的能力。(2)提出了一种适用于网侧电压严重畸变情况下的单周控制算法,解决了传统单周控制易受畸变电压影响的问题,有效改善了谐波补偿效果。通过研究电压严重畸变条件下单周控制的运行特性,提出了补偿后的网侧电流与网侧畸变电压的补偿关系等式。通过分解畸变电压和变量替换,推导出改进后的单周控制等式。根据该等式,构建了基于正序滤波器的改进单周控制算法。数值仿真和电路实验验证了该控制算法的补偿效果。该控制算法不但改善了传统单周控制算法在电压严重畸变时的补偿效果,而且避免了锁相环及复杂电流控制器,大幅降低了控制系统的复杂程度。(3)提出一种谐波补偿的单周控制算法,解决了单周控制无法单独补偿谐波电流的问题,有效降低了有源电力滤波器的补偿容量。基于瞬时功率理论,推导了系统中各瞬时功率分量。利用这些功率分量关系,研究了单周控制的补偿特性。在此基础上,通过优化谐波补偿方案,重构单周控制的参考信号,建立了谐波补偿单周控制的控制等式。利用网侧电流与负荷电流的相角关系,设计了正序滤波器和静止坐标控制器,实现了所提出的谐波补偿单周控制算法。数值仿真和电路实验验证了谐波补偿单周控制算法的有效性。该算法不但具有较好的单独谐波补偿性能,而且拓展了单周控制的应用范围,且避免了复杂电流控制器及坐标变换运算。(4)研制了采用网侧电流检测双闭环控制方法的有源电力滤波器工程样机。针对样机实用化研制中的关键问题,设计了软启动方案,研究抑制并网与负荷突变造成的冲击电流及冲击电压的控制策略,提出了有源电力滤波装置补偿容量不足时的限幅保护策略,保证系统在启动并网时平稳进入运行工作状态,并在负荷突变、补偿容量过大等非正常条件下稳定工作,改善了运行的可靠性,验证了该控制策略的实际应用价值。
[Abstract]:With the rapid development of energy Internet and new energy in power system , more and more nonlinear components have been widely used in power system , and the power quality of the system has become one of the most popular hot issues . ( 3 ) A single - cycle control algorithm for harmonic compensation is proposed , which solves the problem of single - cycle control which can not compensate the harmonic current separately . Based on the instantaneous power theory , the compensation characteristic of single - cycle control is deduced .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM761

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