30A单相并联型有源电力滤波器的研制

【摘要】：随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被应用在工业生产和人们的日常生活中,这些电力电子装置在帮助人们更高效地使用电能的同时,也因其本身的强非线性特性给电网系统注入了大量的谐波和无功功率,严重影响了电网系统的电能质量。在谐波治理方面,有源电力滤波器具有高效、快速、实时、稳定等特点,目前已得到广泛的应用。本文以30A单相并联型有源电力滤波器为研究对象,分别从数学模型及主电路结构、谐波电流检测算法、数字锁相环实现方法、控制策略和死区时间补偿等方面进行了深入地研究。本文首先分析了单相并联型有源电力滤波器的工作原理,并建立了相应的数学模型,在所建立的数学模型基础上,完成了主电路关键参数的设计。其次,针对传统的ip-iq谐波电流检测算法应用于单相系统时存在实时性差的缺点,本文提出了用离散数据求差分以代替求导计算的方法对传统的ip-iq谐波电流检测算法进行了改进。与传统谐波电流检测算法相比,本文所提出的改进谐波电流检测算法的动态性能有了明显的提升。同时,对传统单相数字锁相环实现方法进行了改进,提高了锁相环的动态响应速度和稳态性能。此外,本文研究了有源电力滤波器的控制策略,采用了满足控制要求的双闭环反馈PI控制的控制策略,通过仿真对该控制策略的可行性进行了验证。同时,本文分析了死区时间对有源电力滤波器补偿性能的影响,论证了影响效果与开关频率之间的关系。为减少死区时间对补偿性能带来的负面影响,本文提出了一种近似无死区控制的调制策略,通过仿真验证了该死区补偿方法的有效性。最后本文选用了Si C-MOSFET及现场可编程逻辑门阵列(缩写FPGA)作为开关器件和数字处理器,完成了相应的硬件电路设计及软件设计,搭建了30A单相并联型有源电力滤波器实验样机,并通过实验对该样机性能及本文所提控制技术进行验证。实验结果表明,本文所设计的单相并联型有源电力滤波器能够有效的对负载电流中的谐波分量进行检测与补偿,满足设计要求。