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随着电网各种非线性负荷的不断增加,尤其是电力电子装置的广泛应用使得电网的谐波问题日益严重,与此同时,用户对电能质量的要求也越来越高,因此,谐波的治理是电力系统需要解决的关键问题之一。目前普遍采用无源滤波器补偿负载产生的谐波电流,但是其滤波效果受电网阻抗的影响较大,当LC参数发生变化时,滤波效果将大大下降。单纯的使用有源滤波器虽然能够克服上述缺点,但是这种方法又有容量大、价格昂贵难以普及应用的缺点。由两者构成的混合型有源电力滤波器作为谐波治理的新型方法,能够取两者之长,补两者之短,不仅能够改善无源滤波器的滤波性能,防止无源滤波器与电网、负载产生谐振,而且其有源部分的容量很小,造价低廉,具有广阔的应用前景。
论文首先对目前几种混合型有源电力滤波器的拓扑结构和工作原理做了研究分析,比较了不同的混合滤波结构中有源滤波器承受的电压及其容量等各方面的差异,然后确认了无源滤波器与有源滤波器串联后再与电网并联的混合结构作为本文的研究对象,并根据其单相等效结构图推导出其基本的数学模型,为后续分析做准备。作为传统的滤波装置和混合有源滤波器中的一部分,论文也对无源滤波器的基本工作原理做了简要的概述,在此基础上分别论述了单调谐滤波器和高通滤波器的设计原则和设计的方法。
其次,论文对混合型有源滤波器的谐波检测方法和控制策略做了对比研究。分析了基于瞬时无功功率理论的pq和ip-iq传统检测算法,而针对这一传统算法应用于不对称系统时由于坐标变换存在的延时问题,论文提出了基于单位功率因数的谐波及无功电流检测算法,通过仿真对比证明了其在响应速度方面比瞬时无功功率理论的优越性。论文讨论的是基于三相三线制的装置,因此最终采用的谐波电流检测算法是iP-iq传统检测算法,并且介绍了影响算法响应速度的低通数字滤波器的参数设计方法;在控制策略方面,论文分析了传统的滞环比较控制方式和三角波比较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,通过仿真对比,显示了在这种控制方式下的混合有源滤波装置补偿效果优于传统的滞环电流控制,因此在软件算法中采用的也是这种控制方式。
在理论分析和仿真研究的基础上,论文最后介绍了混合型有源滤波器的具体实现方法,包括APF主电路逆变桥的参数设计和控制电路的实现,重点论述了基于DSP/TMS320F2812平台的控制系统的硬件电路和软件电路的设计,并且在控制板上对软件算法进行了调试。为了测试研制的100Kvar并联型混合有源滤波装置性能,在电网中接入了三相谐波负载,搭建了实验系统,并且对具体实验的结果进行了分析。