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一种无变压器混合有源电力滤波器及其控制策略研究

时晓洁  
【摘要】:混合有源电力滤波器可以在获得良好补偿性能的同时有效降低有源部分容量,非常适用于大容量负载的谐波补偿,因此其主电路设计和控制方法研究具有重要的理论和工程意义。本文针对基于LC输出滤波器的20kVA三相三线无变压器混合有源电力滤波器实验样机,重点研究其电路拓扑、主电路设计、电流控制技术以及在设计过程中普遍存在的一些问题。 针对众多目前普遍使用的并联混合有源滤波器拓扑,本文在电网电流反馈控制下的谐波等效电路基础上对其电路结构进行分析,并以提高滤波效果和降低有源部分容量为目标讨论了各个拓扑的优缺点。 LC滤波器因其较好的阻抗特性和滤波性能广泛地应用于混合有源滤波器系统,但是其参数与多个因素相关,因此不易设计。本文从有源部分容量、系统滤波性能、高频电流抑制效果等角度出发,提出了LC参数的具体设计原则。该原则物理意义明确,具有一定的工程实用价值。 为提高无变压器混合有源滤波器的滤波性能,设计高性能的电流控制环,本文基于a-b-c静止坐标系和dp同步旋转坐标系,利用状态空间平均法分别在连续域和离散域中对并联混合型有源电力滤波器建立了数学模型。 无变压器混合有源滤波器的补偿性能取决于电流环的控制精度。由于传统的电网电流反馈控制无法在五次谐波频率处获得满意的滤波性能,本文提出加入五次谐波前馈/反馈的双闭环电流控制,并给出了具体的设计过程。该控制器显著地降低了电网电流的THD,并取得了较好的五次谐波电流抑制效果。但是,由于参考电流信号和反馈电流中包含大量的谐波分量,传统的P调节器无法实现很好的稳态跟踪精度,因此本文提出一种以P为内环,重复控制为外环的电流双闭环控制。理论分析和仿真实验结果均证明了该复合控制器可以大大降低电网电流THD,并且在奇数和偶数次谐波频率处都能获得很好的滤波效果,具有理想的补偿性能。同时,由于P内环的存在,该控制器在实现高稳态精度的同时还兼顾了快速的动态响应能力,控制性能非常优越。


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