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谐波和电压闪变抑制是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术等领域的一个重要课题。电力电子技术的快速发展使得各种电力电子装置在众多领域中的应用越来越广泛。系统中负载的非线性、冲击性和不平衡性会产生较大的谐波电流和变化较快的无功电流,而变化剧烈的无功电流会造成系统电压的跌落甚至引起电压闪变。因此谐波治理和闪变抑制已经是一项迫切的任务。传统采用无源电力滤波器来补偿大功率工业负载产生的谐波电流和无功功率,其补偿效果依赖于系统的参数,存在自身难以克服的缺点;而有源电力滤波器存在成本较高难以普及应用的缺点。新型的混合式谐波与闪变综合抑制装置是一种用于动态抑制谐波、闪变的新型电力电子装置,它能对大小和频率不断变化的谐波以及变化的无功进行补偿,其应用可以克服无源LC滤波器、电容器投切等传统的谐波治理和闪变抑制方法的缺点。全文共分为六章。
第一章阐述了研究课题的意义以及主要研究内容。首先总结了目前国内外进行谐波抑制和闪变抑制的一些传统的方法及其优缺点,同时对本课题研究的背景和实际研究意义进行了说明,在此基础上文章提出了混合式谐波与闪变综合抑制装置在谐波与闪变综合抑制方面的应用,最后提出论文的主要研究内容。
第二章对混合式谐波与闪变综合抑制装置的系统模型和工作原理进行了研究。文章首先对目前常见的混合式滤波器的拓扑结构进行了分析与总结,在此基础上,文章提出了有源电力滤波器通过耦合变压器与一个小电感并联,再与由无源电力滤波器组和晶闸管投切滤波器构成的无源滤波网络串联之后并入电网运行的混合式谐波与闪变综合抑制装置的主电路结构,分析了混合式谐波与闪变综合抑制装置的工作原理。文章对晶闸管投切滤波器组的电路结构、工作原理、进行了深入的分析,同时为保证谐波与闪变综合抑制功能的实现,利用检测无功电流突变和检测系统电压的模糊控制方法设计了闪变抑制功能实现的判定依据,最后通过仿真对闪变功能判据进行了验证。
第三章对混合式谐波与闪变综合抑制装置的检测算法进行了研究。在对三相ip-iq法及FBD法进行研究并对FBD检测算法的误差进行分析的基础上,结合ip-iq法及FBD法之间的关系提出了一种优化的FBD算法以实现电流的实时检测,并对其进行了理论分析及仿真计算。该方法对滤波器进行了改进,并且引入反馈环节,减少了计算量,大大提高了检测方法的实时性也提高了检测算法的精度。
第四章对混合式谐波与闪变综合抑制装置的控制策略进行了研究。文章首先对电压源控制策略的工作性能进行了总结,在此基础上详细分析了装置工作在电流源方式下分别采用三种控制策略(闭环控制策略、开环控制策略和复合控制策略)时的稳态补偿特性和抑制谐振的特性。因为电流源复合控制策略的控制性能最好,所以确定为混合式综合抑制装置推荐的控制策略。文章同电流源复合控制策略的控制性能最好,所以确定为混合式综合抑制装置推荐的控制策略。文章同时在对有源滤波装置的PWM控制策略进行总结的基础上,提出了一种基于电流滞环比较的优化空间电压矢量PWM控制策略。经过仿真分析,文章所提的控制策略能够达到较为理想的控制效果。
第五章对混合式谐波与闪变综合抑制装置的试验样机的设计进行了研究。文章首先分析了无源滤波器的设计方法,并对有源滤波装置的器件选择进行了说明,在此基础上提出了样机的整体设计方案。文章利用DSP和FPGA及其它外围芯片设计了混合式综合抑制装置的测控单元,对该测控单元的硬件电路和软件流程进行详细的说明。最后通过试验对文章所提出的主电路结构、检测算法和控制策略进行了验证。
第六章对本文开展的工作进行总结,并对需进一步开展的工作以及研究方向进行了展望。