新型串聯混合型有源電力濾波器及相關問題研究.pdf

1、隨著電力電子裝置等非線性負載的廣泛使用，諧波電流對電力系統(tǒng)的污染日趨嚴重?；旌闲陀性措娏V波器（Hybrid Active Power Filter，HAPF）有效結合了無源濾波器成本低、可靠性高和有源濾波器補償靈活的優(yōu)點，在中高壓大容量諧波治理項目中有著廣闊的應用前景。本文圍繞一種新型采用低自感串聯變壓器的串聯混合型有源電力濾波器（Series Hybrid Active Power Filter，SHAPF）及三個相關問題展開研究，

2、主要內容如下：
　　 （1）采用兩種建模方法對現有基波磁通補償式SHAPF 進行了數學建模，并以此為基礎對其濾波特性進行了分析，分別討論了PI 控制器參數、逆變器輸出濾波電感、串聯變壓器激磁電感等參數對整個系統(tǒng)濾波特性的影響，最后給出兩條改善濾波效果的措施：①采用諧波干擾電壓前饋控制技術；②在通過逆變器向串聯變壓器二次繞組注入反相基波電流的同時，疊加注入一定倍數的同相諧波電流。實驗結果驗證了理論分析的正確性。
　　 （2

3、）在第（1）部分工作的基礎上，提出一種新型采用低自感串聯變壓器的串聯混合型有源電力濾波器。不同于基波磁通補償式SHAPF，該混合濾波系統(tǒng)中串聯變壓器的自感更小，其標幺值僅為1～10％，串聯有源濾波器不再控制為基波電流源，而是控制為諧波電流源。該方案的主要優(yōu)點包括：有效降低了逆變器和串聯變壓器二次側繞組的容量；有源部分保護簡單，且系統(tǒng)供電可靠性高；可以限制系統(tǒng)短路電流水平等。仿真和試驗結果均表明該新型SHAPF 有著良好的濾波效果。

4、>　　 （3）目前，對HAPF的研究主要是針對三相三線中高壓系統(tǒng)。本文詳細分析了三相三線HAPF在有源部分缺相運行時，即有源部分兩相或單相運行時，整個濾波系統(tǒng)的濾波效果。首先計算得出有源部分三相正常運行、三相均退出運行工況下的系統(tǒng)諧波電流大小，然后計算出有源部分兩相、單相運行時的系統(tǒng)諧波電流大小，著重進行兩方面比較：①有源部分缺相運行工況下三相系統(tǒng)諧波電流橫向比較；②各相系統(tǒng)諧波電流在有源部分缺相運行工況與有源部分三相正常運行或均退出

5、運行工況下的縱向比較。理論、仿真和實驗研究均表明：有源部分只需兩相運行，即只增大系統(tǒng)側任意兩相的等效諧波阻抗，就可迫使負載三相諧波電流均流入無源濾波器支路，達到較好的濾波效果。如果系統(tǒng)側存在諧波電壓，同樣只需有源部分兩相運行，就足以抑制超標諧波電流的產生。
　　 （4）提出一種全新的統(tǒng)一定點坐標變換（Unified Fixed Point Coordinate Transfor-mation，UFP-CT）和基于該變換的有源電力

6、濾波器零穩(wěn)態(tài)誤差電流控制方法。統(tǒng)一定點坐標變換可以將靜止a-b-c 坐標系下含多個頻率正弦分量的三相電流指令一次變換為統(tǒng)一定點δ-ξ坐標系下的恒直流指令，處于靜止a-b-c 坐標系和統(tǒng)一定點δ-ξ坐標系下的有源電力濾波器狀態(tài)空間平均模型是不同的，后者比前者多了一個包含自干擾和耦合干擾的干擾項。為實現零穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤諧波電流指令，在統(tǒng)一定點δ-ξ坐標系下不僅需要采用PI 控制器和系統(tǒng)電壓前饋控制，還需進行自干擾和耦合干擾前饋以克服這兩類干擾

7、對輸出的影響。仿真實驗表明：提出的電流控制方法可實現零穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤諧波電流指令，且動態(tài)特性良好。
　　 由于三相三線電流指令線性相關，前述的UFP-CT 屬于二維情況。實際的控制系統(tǒng)可分為單輸入輸出和多輸入輸出系統(tǒng)，而多輸入輸出系統(tǒng)問題可以分解為多個單輸入輸出系統(tǒng)，因此研究一維UFP 坐標變換具有重要意義。本文探討了一維UFP-CT的形式，針對其指令無法過零的問題，提出一種“虛擬二維UFP-CT”，并以此為基礎設計了適用于單輸入

8、輸出系統(tǒng)的零穩(wěn)態(tài)誤差電流控制方法。最后以單相半橋式APF為例，構建其狀態(tài)空間平均仿真模型，通過仿真實驗驗證了理論分析的正確性。
　　 （5）高壓大容量的APF 或HAPF，很多都采用多繞組變壓器實現電壓、電流等級匹配和電氣隔離。本文研究的兩種SHAPF，均可以采用多繞組串聯變壓器實現高壓等級和大容量化。因此，多繞組變壓器建模和阻抗參數設計顯得十分重要。本文以Ansys/APDL和Matlab/PSB為基礎，給出了一種高效、通用的