三相四线制三电平APF并联运行策略研究

• 作 者: 许晓笛
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 有源电力滤波器 电路拓扑 电流控制策略 并联运行 谐振抑制

随着电力电子拓扑与控制技术的发展，越来越多以电力电子器件为核心的非线性负载设备接入电网。这些非线性负载向电网注入了大量谐波，谐波电流在电网内阻抗中会产生谐波电压，致使电网电压产生了畸变，在恶劣情况下会导致电源电能质量敏感的负载设备（如精密医疗设备和仪器）工作异常甚至直接退出运行。为了降低电网谐波，提高电网电能质量，治理谐波污染迫在眉睫。因此，有源电力滤波器成为了近年来研究的热点。本文以三相四线制三电平有源电力滤波器为研究对象，针对电路拓扑、电流控制策略和并联运行谐振抑制方法等开展了分析和研究。　　首先，作为全篇论文研究的基础，对三相四线制三电平APF电路拓扑进行了分析，推导了三电平三桥臂拓扑的数学模型。在此基础上，分析了三相四线制三电平APF的脉宽调制方法。总结了三相四线制三电平APF的直流母线电压控制策略、电容中点电位控制策略、负载谐波与无功电流检测方法等。　　为了解决目前的电流控制策略无法同时兼顾无功与谐波电流控制的问题，本文在分析PR控制器与重复控制器的基础上，研究了基于PR+重复控制的有源电力滤波器无功与谐波电流复合控制策略的特性，对复合电流控制策略的参数设计方法进行了分析，并设计了控制器参数，仿真与实验证明了复合电流控制策略的正确性与有效性。　　LCL滤波器由于高频衰减能力强、电感总量小，被越来越多地应用于APF。但是，由于LCL滤波器存在谐振问题，影响了其在实际中的应用。对于单台应用的APF来说，一般采用基于并网电流反馈的有源阻尼方法衰减LCL滤波器的谐振尖峰。然而，在多台APF并联运行以提高补偿容量的场合，传统的有源阻尼方法抑制谐振的效果会显著降低，甚至造成系统无法正常运行。本文在推导并联运行APF的LCL滤波器等效模型的基础上，提出一种新型有源阻尼方法。该方法根据系统并联台数对有源阻尼控制器参数进行调整，提高了APF并联运行系统参数的鲁棒性和系统的稳定性。在三相四线三电平APF并联运行系统上的仿真和实验结果验证了所提出方法的有效性。　　最后，本文介绍了三相四线三电平APF工程样机的软件与硬件设计以及系统控制电路、驱动电路及电源电路的电气设计;介绍了系统的关键软件结构，包括系统运行流程、通讯协议结构、人机界面设计等。