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谐波抑制和无功功率补偿是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、理论电工等领域的重大课题。随着经济的发展和科技的进步,电力电子装置在工业和民用领域的应用日益广泛,由此带来的谐波和无功问题引起了人们越来越多的关注。并联电抗式混合有源滤波器(ParallelInductorTypeHybridActivePowerFilter,PITHAPF)是一种能够对高谐波含量和低功率因数的负载同时进行动态谐波和无功综合补偿的新型电力电子装置。该装置的拓扑结构采用三相四桥臂变流器,通过耦合变压器与一个小电感并联,再与无源电力滤波器组串联,最后并联接入电网运行。本文对这种混合有源滤波器展开了研究。
第一章阐述了研究课题的背景、意义和本文的主要研究内容。首先介绍了电力系统谐波产生的原因、危害以及治理谐波的主要措施,然后总结了有源滤波器的发展历程和国内外的研究现状,最后提出本文的主要研究内容。
第二章对并联电抗式混合有源滤波器的拓扑结构和补偿特性展开研究。文章首先对目前常见的混合有源滤波器的拓扑结构和基本工作原理进行了分析,在此基础上提出并联电抗式混合有源滤波器的主电路拓扑结构。文中采用输出建模方法,对并联电抗式混合有源滤波器的电流源控制策略进行了研究,通过理论分析和Matlab仿真,比较了开环控制、闭环控制和复合控制下混合有源滤波器的滤波性能和谐振抑制性能。
第三章研究了并联电抗式混合有源滤波器的谐波实时检测算法。文章首先介绍了常见的谐波实时检测算法,阐述了这些检测算法的基本原理和优缺点。然后重点研究了目前应用最为广泛的基于瞬时无功功率理论的ip-iq法。为了降低谐波检测和控制器延时对有源滤波器控制精度的影响,提出基于推广ip-iq法的谐波并行检测算法,在Matlab中搭建仿真系统,将其与传统的ip-iq法进行比较,验证了算法在稳态检测精度和动态响应速度方面的优势。
第四章对并联电抗式混合有源滤波器的PWM跟踪控制方法进行了研究。文章首先介绍了跟踪型PWM控制方法的研究现状,比较了电流滞环控制、定时比较控制、三角载波控制、空间矢量脉宽调制和无差拍控制的基本思想和实现方法。然后采用开关函数法,建立并联电抗式混合有源滤波器的数学模型,通过从α-b-c坐标系到α-β-O坐标系的变换,实现了三相四桥臂变流器的解耦控制。文章重点研究了基于空间电压矢量的电流滞环PWM控制方法,应用PSCAD/EMTDC软件进行仿真,验证了谐波检测算法和PWM跟踪控制算法的正确性,比较了不同控制策略下混合有源滤波器的补偿效果。
第五章在上述理论分析和仿真研究的基础上,设计了并联电抗式混合有源滤波器的样机。首先以某工业现场的实际测量数据为依据,采用最小电容安装容量法确定了无源滤波器的组成及参数。然后,通过理论计算、仿真分析和实验测试,确定了三相四桥臂变流器、输出滤波器、耦合变压器和并联电感的器件参数和要求。最后,通过实验进一步验证了混合有源滤波器的补偿效果。
第六章对本文工作进行总结,并对需进一步开展的工作进行了展望。
[关键词]:混合有源滤波器,谐波抑制,谐波并行检测算法,电流源控制策略,跟踪型PWM控制方法