新型谐振阻抗型混合有源滤波器PITHAF研究

本论文的研究工作主要围绕一种新的变电站谐波治理措施——谐振阻抗型混合有源滤波器RITHAF展开，涵盖了RITHAF的结构与原理、无源滤波器的优化设计、输出滤波器的分析、控制方法等内容，形成了较为完善的变电站谐波治理理论和技术方案。 针对变电站谐波治理的特殊要求，通过对现有混合有源滤波器的分析，本论文提出了一种新型谐振阻抗型混合有源滤波器RITHAF。RITHAF的引入，相当于在电网支路中串联了一个基波串联谐振电路，因此对基波电流不起作用，而对谐波电流产生巨大的阻碍作用，迫使谐波电流注入无源滤波器，从而达到谐波治理的目的。RITHAF不仅能够有效地治理谐波，而且其无源滤波器部分还可以承担一定的无功补偿任务。同时其有源部分不承受系统基波电压，也没有基波电流流入，逆变器容量小，初期投资较小。本论文还通过对定义的谐波抑制函数进行分析，研究了电网阻抗变化、基波串联谐振电路参数变化、无源滤波器失谐等情况下RITHAF的补偿特性以及抑制系统谐振的性能。 在分析现有无源滤波器设计方法的基础上，本论文归纳了无源滤波器设计的一般性原则，进而依据该原则，提出了新的基于多目标遗传算法的无源滤波器优化设计方法。该方法较全面地考虑了谐波治理、无功补偿、背景谐波、失谐、与电网阻抗的串并联谐振等问题。以初期投资、无功功率补偿容量和滤波后电网谐波含量为三个目标，并行搜索最优参数使得三个目标的综合性能最佳。改变了传统方法中只进行单目标优化、将其它目标作为约束处理的方式，使得解个体在约束空间内也有进化方向，更加符合实际要求。同时提出了多目标协调选择机制，保证三个目标的独立优势基因和综合优势基因都得到复制，而且增加了种群的多样性。 本论文建立了输出滤波器的性能指标函数，继而用该函数分析和比较了LC型、LCL型、L型和LCR型输出滤波器对有源滤波器系统性能的影响，并揭示了产生影响的原因。指出LCR输出滤波器在串联电感较小时能够大幅衰减被放大的谐波注入电流的幅值，有效地抑制高频毛刺，同时逆变器输出电压的效率较高，能够形成较大的低频谐波注入电流，使电网电流的低频和高频谐波分量都较小，是性能最佳的输出滤波器，从而避免了有源滤波器中输出滤波器选型的盲目性。 从传统控制理论的角度，本论文对有源滤波器控制的研究现状进行了分析，依照趋近率的方法推导了RITHAF的离散滑模变结构控制率，同时提出了广义积分迭代控制算法。并在此基础上提出了三重离散滑模变结构控制结构，引入基于广义积分迭代控制算法的控制量作为离散滑模变结构控制器的等效控制，实现了两种控制方法的有机结合。该方法改变了传统滑模变结构控制中控制器的结构只在切换曲面两侧变化的情况，使得控制器结构具有切换边带两侧以及边带之内的“三重”变化。通过设置边带来决定等效控制的投入条件，使得系统在电流跟踪误差较大时离散滑模控制占主导，误差减小速度较快，在误差减小到一定范围内时广义积分迭代控制占主导，实现稳态无差。该 中南大学博士学位论文 控制方法兼具较快的动态响应速度和较高的稳态控制精度，同时开关毛刺易于抑制，不会在电网电 流中造成明显的高频纹波。 在以RITHAF为谐波治理手段的基础上，本论文最后建立了电网谐波分析与治理一体化系统， 阐述了系统的实现方案。该系统集成了谐波分析与治理功能，能够很好的满足变电站谐波治理和电 力系统谐波管理的要求，为变电站谐波治理工程提供了有力的理论和技术支持。