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并联型复合电能质量扰动及补偿的控制方法与实现

单任仲  
【摘要】: 本文围绕电能质量扰动发生和补偿两方面展开,主要从并联型复合电能质量扰动及补偿装置的主电路拓扑、控制方法以及实验进行了分析和研究。 本文的主要工作包括以下几个方面: (1)传统型电能质量装置主电路拓扑主要针对无功性质的电能质量问题,如谐波电流和无功功率。本文提出了一种以背靠背H桥作为三相四线制电能质量装置主电路基本单元,具有较强有功功率调节能力。PWM整流侧采用单相多绕组变压器并联方式,用以提高整流侧输入电流容量,逆变侧采用(N+1)个H桥,用以提高逆变侧接入系统电压等级,可以实现电能质量装置的模块化和大容量化;N个H桥采用级联方式,1个H桥采用差异化连接方式,在主电路上为基波电流与谐波电流的独立控制提供硬件基础; (2)在并联型复合电能质量扰动发生装置上提出了一种三相四线制大容量可控交流电力电子负载模拟系统,利用正交电压矢量实现了电力电子负载的开环控制,并提出了一种基于dq坐标系的闭环功率因数控制,可以实现功率因数(0~1)超前或者滞后的精确控制; (3)在谐波电流发生控制策略中,针对级联型主电路拓扑提出了一种基于电压源模型的开环控制策略,逆变器输出谐波电压作用于串联电抗器向系统注入电流,具有结构简单控制容易实现的特点;针对差异化连接的主电路拓扑,提出了一种基于电流源模型的电感电流滞环控制模式,可以实现谐波电流和基波电流的独立控制; (4)对电流正弦波波动进行了理论分析和数学推导,得出了间谐波电流是引起电流波形低频正弦波波动的一个内在因素,推导了间谐波频率和电流波动频率之间的数学关系,并用迭代法计算的电流有效值判断电流是否发生低频正弦波波动,再用多周期电流数据进行离散傅里叶分析,仿真和实验结果验证了本文关于间谐波电流和电流波动关系的理论分析和数学推导是正确的; (5)在分析了电能质量扰动发生装置主电路拓扑和控制策略基础之上,提出了电能质量补偿装置的控制策略,在传统谐波补偿和无功补偿的基础之上,提出了一种基于系统扰动分量等于零的电能质量统一补偿策略,具有检测简单和容易实现的特点,但具有稳态工作点飘移的缺点,在此基础之上进行改进,引入了补偿装置输出d轴电流等于零的闭环控制策略,具有补偿效果好控制简单易行的特点; (6)利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,建立并联型复合电能质量扰动及补偿装置的仿真模型,并对各种电能质量扰动及补偿问题进行了仿真分析,最后利用DSP+FPGA数字控制系统,一套400V/100kVA实验样机实现了并联型复合电能质量扰动发生及补偿装置的实验研究,仿真和实验结果表明本文提出的主电路拓扑和控制策略对并联型复合电能质量扰动发生及补偿装置是有效可行的。


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