并联型有源电力滤波器的研究

近年来，大量非线性负荷投入电力系统运行引起的电能质量问题备受关注。改善电能质量对于电网和电气设备的安全、经济运行，保障产品质量以及人民的正常生活均有重要意义。有源电力滤波器(APF)被认为是抑制谐波最有效的设备之一，被广泛的研究和应用。 本文以并联有源电力滤波器为研究对象，对其拓扑结构、补偿分量的检测算法、控制策略和实验装置的设计等问题做了较系统而深入的研究。 文中对四种常用的补偿分量检测算法进行了深入研究和比较，指出它们在理想电源电压情况下是一致的，并利用递推算法提高检测的实时性。其中，基于派克变换原理的检测方法还可用于不对称、非正弦电源电压情况下补偿电流指令的准确计算，仿真结果证明该检测算法的准确性。 本文的重点是研究并联有源电力滤波器的控制策略。简要讨论了SPWM控制和滞环控制的特点。在分析电压空间矢量调制基本原理的基础上，对空间矢量控制的实现方式进行了讨论，对矢量作用时间的计算方法进行了简化。与常规SPWM相比，该方法提高了控制精度，减少了开关损耗，直流电压利用率高。针对被控量是以20ms为周期的电流，文中提出了应用于有源电力滤波器的递推积分PI控制算法，该控制方法具有计算量小、容易工程实现等特点。 本文提出了一种有源滤波器的电压空间矢量双滞环电流控制新方法。该方法直接在复平面上实施控制，内环选择的开关状态减少高次谐波分量，外环选择的开关状态电流响应速度快，有效限制误差电流，改善滤波器性能；利用逆变器输出电压及其引起的误差变化来判断有源滤波器参考电压矢量所在的区域，简单可靠。电压空间矢量的引入可以提高直流电压利用率，降低开关频率。MATLAB仿真证明该方式具有动态性能好、控制简单、便于实时控制等优点。 文中还介绍一台50kVA三相三线制并联型有源电力滤波器实验样机的主电路和控制器，用大量实验数据证明了本文提出的有源滤波器数学模型、检测算法及控制策略的有效性和实用性，为并联有源滤波器的控制研究及发展打下理论基础。