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新型混合有源电力滤波器研究

作　者: 钟洪浩
导　师: 吕征宇；钱照明
学　校: 浙江大学
专　业:
关键词: 谐波有源电力滤波器基波电流旁路通道双dq变换鉴相原理不对称负载三相三线制系统三相四线制系统
分类号: TN713
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

经过30多年的努力,有源电力滤波器(APF)的研究取得了丰硕的成果,但是没有得到广泛的应用,在大功率谐波负载的应用更是很少,而大功率非线性负载常常是电网最重要的谐波源。具有高负载/逆变器容量比的APF的研究具有重要的现实意义。APF通常是以现代电力半导体开关与先进控制技术为基础的,相对于静止无功补偿、晶闸管调压等电力电子装置,其产品成本要高出许多。高容量APF还存在许多其他问题:基于高频开关工作原理的逆变器的工作效率难以提高到95%以上,IGBT等快速全控型器件的功率等级还不能与电网谐波负载容量相匹配,高容量电力电子装置的可靠性还缺乏实际运行考验。总之,根据目前电力电子技术的水平,APF的有源容量还难以达到电力系统的高容量负载的谐波抑制要求,且采用纯有源容量的APF其运行是不经济的。本文主要的研究目标是:将APF的有源部分仅仅限于谐波处理并以此大幅度提高混合型APF的负载/逆变器容量比。带基波电流旁路通道的串联混合有源电力滤波器是高负载/逆变器容量比的的拓扑之一,本文详细分析了该拓扑正常工作需满足的条件。指出并用仿真和实验证明了原有控制方法在实际负载不对称时,在逆变器和基波旁路通道之间会发生基波电流谐振现象,导致逆变器的容量剧增或烧毁。达不到设置基波旁路通道以降低逆变器/负载容量比的目的。本文对三相三线制带基波电流旁路通道的串联混合有源滤波器提出了基于双dq变换的控制方法。仿真和实验证实了该方法对不对称三相三线制非线性负载谐波抑制的有效性。本文将带基波电流旁路通道的串联混合有源电力滤波器应用于三相四线制非线性负载的谐波抑制,提出了基于鉴相原理的控制方法,并由仿真证实了该方法的有效性。研制了一台5kVA的样机,进行了三线三线对称负载和不对称负载的实验。实验证明,在本文的控制方法下,在负载不对称时,逆变器和基波电流旁路通道之间不会发生基波电流谐振现象,逆变器只流过电网谐波电流,真正达到逆变器只处理谐波的目的,有效地降低了逆变器占负载的容量比。本文提出了高负载/逆变器容量比的APF的工作原理和设计方案,采用本文提出的控制方法,能够大幅度降低带基波电流旁路通道的串联混合有源电力滤波器的逆变器容量,为大幅度降低串联混合有源电力滤波器的成本、扩大其适用负载的容量提供了新的方法,对于有源电力滤波器的深入理论研究和电力系统高功率谐波抑制设备的开发与应用推广,具有重要的学术意义与应用前景。

全文目录

第一章绪论  11-38
  1.1 电力电子在电力系统中的应用  11-15
    1.1.1 电能质量问题与FACTS技术的兴起  11-12
    1.1.2 有源电力滤波器及其发展历程  12-15
  1.2 有源电力滤波器的研究现状  15-29
    1.2.1 APF拓扑研究现状  15-25
      1.2.1.1 APF的拓扑分类  15-20
      1.2.1.2 APF拓扑的几个研究方向  20-25
    1.2.2 谐波检测研究方向  25-28
      1.2.2.1 概述  25-26
      1.2.2.2 谐波检测的几个研究热点  26-28
    1.2.3 PWM信号生成方法研究现状  28-29
  1.3 本文立论依据和主要工作  29
  参考文献  29-38
第二章带基波旁路通道串联混合有源电力滤波器  38-60
  2.1 电路结构  38-39
    2.1.1 主电路结构  38-39
    2.1.2 该拓扑的优点  39
  2.2 工作原理  39-47
    2.2.1 电网谐波电流的抑制  39-41
    2.2.2 逆变器基波电流的控制  41-42
    2.2.3 仿真  42-47
      2.2.3.1 对逆变器基波电流不加控制  43-45
      2.2.3.2 对逆变器基波电流进行控制  45-47
  2.3 和传统陷波器的比较  47-53
  2.4 原有控制方法及其缺点  53-58
    2.4.1 原有控制方法  53-54
    2.3.2 原有控制方法的缺点  54-58
  参考文献  58-60
第三章三相三线制带基波旁路通道SHAPF的新型控制方法研究  60-77
  3.1 带PPF1通道SHAPF正常工作的必要条件  60-63
    3.1.1 带PPF1通道SHAPF正常工作的必要条件  60-63
      3.1.1.1 电网谐波电流抑制的条件  60-62
      3.1.1.2 逆变器不流过基波电流的条件  62-63
  3.2 基于双dq变换的基波／谐波电流检测方法  63-68
    3.2.1 全基波电流检测方法  63-64
    3.2.2 基于dq变换的基波／谐波电流检测方法  64-66
      3.2.2.1 基于dq变换的正序基波／谐波电流检测方法  64-65
      3.2.2.2 基于dq变换的“有害电流”检测方法  65
      3.2.2.3 基于dq变换的基波／谐波电流检测方法的特点  65-66
    3.2.3 基于双dq变换的全基波／谐波电流检测方法  66-68
      3.2.3.1 基于双dq变换的全基波／谐波电流检测方法的原理  66-67
      3.2.3.2 基于双dq变换的谐波电流检测方法的原理  67
      3.2.3.3 基于双dq变换的全基波／谐波电流检测方法的特点  67-68
  3.3 三相三线制带PPF1通道SHAPF的新型控制方法  68-75
    3.3.1 基于双dq变换的新型控制方法的原理框图  68-69
    3.3.2 仿真研究  69-75
  参考文献  75-77
第四章三相四线制带基波旁路通道SHAPF的新型控制方法研究  77-93
  4.1 三相四线制APF的三种主电路拓扑  77-78
  4.2 基于鉴相原理的基波／谐波电流检测方法的原理及其特点  78-81
  4.3 三相四线制带PPF1通道SHAPF的新型控制方法  81-90
    4.3.1 基于鉴相原理的新型控制方法的原理  81-82
    4.3.2 仿真研究  82-90
      4.3.2.1 仿真电路及其主要参数  82-83
      4.3.2.2 稳态响应  83-88
      4.3.2.3 逆变器容量  88-90
      4.3.2.4 暂态响应  90
  参考文献  90-93
第五章实验研究  93-111
  5.1 实验系统介绍  93-102
    5.1.1 主电路及其主要参数  93-96
    5.1.2 硬件电路  96-98
    5.1.3 软件  98-102
  5.2 实验结果  102-110
    5.2.1 三相三线制对称负载实验  102-106
    5.2.2 三相三线制不对称负载实验  106-110
  参考文献  110-111
第六章论文总结与尚待完成的工作  111-113
致谢  113-114
攻读博士学位期间发表的论文及专利  114

新型混合有源电力滤波器研究

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