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有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)被公认为是治理电网谐波及无功污染、改善电能质量最有效的手段,因而受到了广泛的重视。但是APF在国内的应用还远没达到成熟阶段,与无源滤波器相比,在实际应用中仍然居于次要地位,有很多问题有待于进一步研究和完善。这其中最主要的问题之一是APF装置的容量问题。为了提高其容量,通过改变装置功率电路拓扑或者提升开关器件功率等级都会使装置成本大幅增加。而采用有源和无源滤波器相结合的形式即混合有源滤波器,虽然可以很好的解决上述矛盾,但是这种形式对APF的功能提出了新的要求,即APF装置必须可以对指定次谐波进行独立补偿。基于这一背景,本文针对应用广泛的并联有源电力滤波器,对谐波补偿独立型的并联有源滤波器关键技术展开研究。
本文首先论述了并联有源滤波器可以解决的三类电能质量问题,即电流谐波、无功问题和电流不平衡。通过对三相电流周期信号的傅立叶分解、各次的相序分解,以及矢量角度的分析,明确了三相电流周期信号各成分的构成和表达式,并从功率、波形影响和电能质量影响三个角度,对各个成份的特性进行了分析。
三相电流周期信号成份明确后,本文接着研究了谐波分次检测技术。在概述了一些谐波检测方法后,重点研究了基于瞬时无功理论的两种谐波检测方法:p-q法和lplq法。通过矢量方法分析,得出这种两种检测方法本质上都是基于dq旋转坐标系的谐波检测方法,并据此提出了基于多dq旋转坐标系的谐波检测方法,同时分析了其数字实现过程中两种延迟问题并给出了解决方法。通过实验测试,表明了谐波检测方法的正确性。
独立补偿功能的实现包括两个关键环节即谐波分次检测和指令电流跟踪。对于指令电流跟踪策略,本文分析了传统的滞环控制方式和三角波控制方式的原理和特点,重点论述了基于电压空间矢量的滞环电流控制策略。同时还研究了装置的直流母线电压控制方法,进行了直流母线升压实验,结果验证了采用的直流母电压控制方法和指令电流跟踪方法的正确性。
最后,本文进行了三相三线380V/50A谐波补偿独立型并联有源滤波器样机研制和实验。从功率电路、控制电路和数控程序设计三个方面进行了详细介绍。在功率电路设计方面,本文介绍了样机实验平台的整体结构和一种动态谐波源设计;在控制电路方面,本文分为主控、接口和驱动三个功能模块进行介绍;数控程序方面,介绍了程序关键模块的实现流程图。然后在样机上进行了全面的实验分析,并给出了典型的实验数据和波形,实验结果验证了本文的全部工作。