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基于分频的串联谐振注入式有源电力滤波器抗扰控制研究

邱云志  
【摘要】:近年来,为应对传统化石能源的大量消耗,并由此引发的能源短缺和环境污染问题,新能源利用产业蓬勃发展。电网对接入的新能源具有严格的电能质量标准,这就要求相关技术的不断发展。电网中的电力电子装置会引起电网电量的畸变,例如谐波,随着新能源接入容量的不断增加,其并网后影响愈加突出;为实现电能利用的可控性和高效性,可实现电能变换与控制的新型电子设备得到广泛使用,这些电能变换器也会引起谐波等电能质量问题;此外,电能质量问题随着非线性负载功率的迅猛发展变得更复杂。谐波作为电能质量问题的重要研究内容,谐波抑制研究对保证电力系统电能质量、维护电网安全、保障负荷正常运行起到重要作用,具有显著的工程与实践价值。在已有研究谐波抑制的方案中,有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)以其优越的补偿特性成为最具发展潜力的谐波和无功补偿设备。从应用角度出发APF在低压系统中的应用技术发展已相当成熟,然而在中高压系统中,由于系统电压高、功率较大,实现补偿使用的APF需要较大的容量,但电子变流器的开关频率、耐压等级及其所能处理的功率范围有限,容量增大成本代价高。为实现中高压系统的系统谐波补偿,本文以串联谐振注入式APF为研究对象,主要研究内容如下:1、采用分频检测的算法实现对特定次谐波检测。基于提高系统稳定性以及减小APF容量的考虑,本文提出采用分频检测方法对电网谐波进行提取和消除。文章对分频原理以及仿真实现进行分析,指出其对中高电压系统中APF应用的重要意义;2、针对APF接入电网的拓扑结构进行分析,提出适用于中高压系统的谐波治理电路拓扑结构,分析其结构特点以及其对APF在中高压系统中应用的重要意义,针对所选择的APF系统,分析其一般特性,建立数学模型;3、在分析系统数学模型建立的过程中,文章明确了数学建模与实际物理对象存在不匹配性,而一般控制器设计要求精确的数学模型,但实际被控对象的未建模信息以及可能出现的外部扰动都会影响系统输出,这些因素很少被考虑。针对系统的非精确模型设计一阶线性自抗扰控制器,实现APF对谐波电流的跟踪控制,讨论控制系统的稳定性能以及抗扰性能;4、从实际应用角度出发,抗扰控制实现希望不改变原有控制系统结构参数,同时为减小扰动估计观测器带宽,设计基于改进观测器的抗扰控制器。改进控制器在原有控制器基础上设计抗扰,同时利用系统部分可知信息减小观测带宽。基于此方法给出了具体设计和仿真,阐述改进方法对观测器应用和拓展具有重要意义。


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