【摘 要】
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随着各类新型电力电子设备的广泛应用,给电力系统引入了大量的谐波,对电能质量造成了十分严重的影响,因此抑制谐波是当前急需解决的问题。有源电力滤波器（Active power filter,APF）可以精准快速地将电网电流中的谐波成分检测出来,然后再产生与各次谐波同幅值、反相位的信号,重新送回电网,使两者相互抵消,消除电网中各次谐波,改善电能质量。因此,有源电力滤波器已成为提高电网供电质量的最有效措施
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随着各类新型电力电子设备的广泛应用,给电力系统引入了大量的谐波,对电能质量造成了十分严重的影响,因此抑制谐波是当前急需解决的问题。有源电力滤波器（Active power filter,APF）可以精准快速地将电网电流中的谐波成分检测出来,然后再产生与各次谐波同幅值、反相位的信号,重新送回电网,使两者相互抵消,消除电网中各次谐波,改善电能质量。因此,有源电力滤波器已成为提高电网供电质量的最有效措施之一。本文从多电平拓扑结构、载波相移调制方法、谐波检测技术、谐波电流跟踪技术、直流侧电压均衡技术等方面,对有源电力滤波器进行了以下研究。首先,针对电力电子开关器件耐压水平和开关频率的限制,研究了基于级联H桥多电平技术的APF,通过H桥模块的级联,提高APF的输出电平数量和整体耐压水平,使其在高电压、大功率的场合下,比普通拓扑结构的应用前景更好。随后详细介绍了级联H桥型有源滤波器的工作原理,并推导其数学模型。本文研究的级联H桥APF采用载波移相调制技术（Carrier phase-shift,CPS-SPWM）,通过仿真实验验证证明,当器件的开关频率较低时,采用此调制策略能够获得较高的等效开关频率。其次,提出采用电压分层控制策略,解决级联H桥APF直流侧电容电压均衡问题。首先通过H桥模块的功率方程,分析了导致直流侧电容电压不平衡的因素,然后采用总体电压控制、相内电压控制、相间电压控制的分层控制策略,控制九组H桥模块的直流侧电容电压趋于一致,达到电压均衡的目的。最后,为提高级联H桥APF的电流跟踪控制效果,针对传统无差拍控制稳态精度低,动态特性较好;而重复控制稳态精度高,动态特性不佳的问题。提出了一种融合无差拍控制和重复控制的复合控制策略,进行了详细的理论分析,推导并建立数学模型,制定了实施方法,实现了二者的优势互补。并在Matlab/Si mulink中搭建10k V系统仿真模型,分别对无差拍控制、重复控制和本文的复合控制进行实验对比,仿真结果验证了本文所提复合控制策略的有效性,兼具良好的动态特性与稳态特性,能够有效补偿谐波,改善电网质量。
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