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目前,电力电子装置被广泛应用到生产、生活中,使得电力系统的谐波问题日益严重,电能质量环境恶化。无源滤波器因为其成本低、结构简单、维护方便等特点,得到了大范围应用。但是,随着电力电子技术及电力电子器件的发展,有源电力滤波器由于良好的动态补偿性能、灵活的控制特性,已得到广泛重视和研究。本文主要针对三相四线制有源电力滤波系统的谐波检测环节和补偿电流控制环节进行系统研究。
本文首先研究了三相四线并联有源电力滤波器的主电路拓扑,分析其工作原理。分别建立了系统在abc坐标系和αβ0坐标系下的数学模型。然后分析LCL滤波器的数学模型,对各参数与滤波性能之间的关系进行了详细讨论,提出了一种LCL滤波器的参数选择办法。最后,根据能量平衡原则,分析了有源电力滤波器在运行时的能量流动,给出了直流侧电容的选择办法。
其次,在谐波检测方法方面,详细研究了基于瞬时功率理论的ip-iq-io法和基于同步选择坐标系的dq0法,分析二者的性能优劣和异同。并在此基础上,讨论了针对三相不平衡系统的检测方法,提出在电压检测时加入滤波器以提高锁相精度的改进。最后对检测环节中用到的滤波器进行了详细分析,给出了数字滤波器的设计方法及在DSP中的实现方法。
为了实现精确补偿,补偿电流的控制策略是关键。本文首先分析了直流侧电压的控制方法,研究fuzzy和PI控制结合的电压环控制策略。然后,按控制的特点不同,依次分析了PI控制、无差拍控制和重复控制策略在有源电流滤波器中的设计及各控制器的工作性能。最后,根据目前常用的两类复合控制算法,对并行控制算法进行了改进,提出了一种新的控制策略。
在以上研究的基础上对系统软硬件进行设计,研制了一台50A的三相四线并联型APF实验样机。仿真和实验结果表明,系统能够有效补偿谐波及无功电流。