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基于Fourier级数的有源电力滤波器谐波电流实时检测方法的研究

李自成  
【摘要】: 有源电力滤波器是一种有效的具有应用前景的治理谐波与补偿无功的新型电力电子装置,而谐波电流检测是有源电力滤波器的关键技术。对于三相有源电力滤波器,基于三相电路瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法是得到公认的较为成熟的方法,但这些方法也存在一些问题有待解决。而对于单相有源电力滤波器,至今还没有一种公认的较为成熟的方法。现在,已经提出了多种有源电力滤波器谐波电流检测方法,尽管这些方法各有特点,但各自都存在一些难以克服的问题如计算量大、实时性差、检测精度不高、稳定性差、可靠性低等。本文针对有源电力滤波器谐波电流检测方法存在的问题,以非线性负载电流的Fourier级数表示为理论依据进行研究,取得了一系列创新性的研究成果。所做的工作和研究成果主要体现在以下几个方面: (1)以“当负载电流为周期电流时,负载电流与基波有功电流差的绝对值在一个周期内的积分值最小。”和“当负载电流为周期电流时,负载电流与基波无功电流差的绝对值在一个周期内的积分值最小。”为检测原理,提出了有源电力滤波器谐波电流实时计算的直接计算法。该方法具有使用公式直接计算、计算量非常小、实时性好、稳定性好、可靠性高等特点。 (2)以“当负载电流为周期电流时,负载电流与基波有功电流差的绝对值在一个周期内的积分值最小。”和“当负载电流为周期电流时,负载电流与基波无功电流差的绝对值在一个周期内的积分值最小。”为检测原理,提出了有源电力滤波器谐波电流实时计算的简单迭代算法。以简单迭代算法为基础,提出了有源电力滤波器谐波电流实时计算的最优迭代算法。简单迭代算法和直接计算法的仿真波形非常地相似,而最优迭代算法和直接计算法在本质上是一致的,它是能够判别负载电流是否变化的直接计算法。虽然简单迭代算法和最优迭代算法都不如直接计算法,但简单迭代算法和最优迭代算法提供了一种判别负载电流状态的思路,以此思路为基础,提出了两种基于动态迭代步长的判别负载电流状态算法。 (3)以非线性负载电流的Fourier级数表示为依据,对负载电流处于稳定状态、负载电流处于变化状态、负载电流处于稳定状态时的基波有功电流真实幅值、负载电流处于稳定状态时的基波无功电流真实幅值、负载电流处于变化状态时的基波有功电流真实幅值、负载电流处于变化状态时的基波无功电流真实幅值等基本概念进行了明确定义。 (4)在对基本概念明确定义的基础上,提出了计算基波有功电流幅值和基波无功电流幅值的双线性构造思想。在双线性构造思想的基础上,提出了有源电力滤波器谐波电流实时计算的双线性构造算法。双线性构造算法能够准确计算基波有功电流幅值和基波无功电流幅值,因而能够准确计算需要补偿的谐波电流。 (5)在对谐波与无功电流的直接计算法、谐波与无功电流的双线性构造算法和基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波与无功电流检测方法(延时最短的方法2)的仿真波形进行比较与分析的基础上,提出了有源电力滤波器谐波与无功电流检测方法的检测精度是否越高越好这个问题。以有源电力滤波器的工作原理、有源电力滤波器的本质作用和非线性负载电流的Fourier级数表示为依据,提出了有源电力滤波器谐波与无功电流检测方法评价的新思想即:在负载电流处于稳定状态时,有源电力滤波器谐波与无功电流检测方法的检测精度越高越好;在负载电流处于变化状态及其后接着的一段时间内,有源电力滤波器谐波与无功电流检测方法的检测精度并非越高越好、谐波与无功电流检测方法检测出的基波有功电流幅值应该平滑地跟踪基波有功电流真实幅值、谐波与无功电流检测方法应使“基波有功电流”为接近正弦的电流并且同时兼顾其检测精度,应将这两者统一起来考虑。


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