新型大功率串联谐振注入式混合有源滤波器的研究

本论文以变电站的谐波治理为研究目标,以本文提出的新型串联谐振注入式混合有源滤波器SRITHAF(series resonant injection type hybrid active filter)的理论和工程应用为主线,研究的主要内容包括SRITHAF的拓扑结构和原理、输出滤波器的性能分析及参数优化、缓冲电路的性能分析及参数优化、电流跟踪控制方法和工程实现等几个方面。 针对变电站不仅需要治理谐波,同时需要提供一定容量的无功功率的要求,通过对现有有源滤波器的分析,本论文提出了一种新型串联谐振注入式混合有源滤波器SRITHAF。其原理是,SRITHAF的有源部分等效于在电网支路中串联了一个谐波阻抗,该谐波阻抗对基波电流不起作用,而对谐波电流产生很大阻碍作用,迫使谐波电流流入无源滤波器,从而达到滤除谐波的目的。SRITHAF不仅能够有效地滤除无源滤波器组谐振频率的谐波电流,而且还可以对非无源滤波器组谐振频率的谐波电流有一定的滤除能力。同时SRITHAF还充分利用了无源滤波器的无功补偿功能,在不增加有源部分容量的前提下,可以提供一定容量的无功功率。由于SRITHAF有源部分承受的电网基波电压不大,也没有基波电流流入,因此逆变器容量小,初期投资较小。此外,在电网阻抗变化和无源滤波器失谐的情况下SRITHAF仍具有良好的补偿特性以及抑制系统串、并联谐振的能力。 现有的输出滤波器设计大多依赖工程经验选取,易导致逆变器的工作效率不高,进而影响系统补偿能力的缺点。本文针对现有设计方法的缺点,提出了一种输出滤波器参数遗传优化设计的方法。该方法分析了输出滤波器对大功率有源滤波系统滤波性能的影响,并在此基础上综合考虑了输出滤波器的输出性能、滤波性能和功耗散热等要求,建立了优化设计的数学模型,然后利用遗传算法进行寻优获得优化参数。优化后的输出滤波器不仅能有效地滤除开关谐波,而且对逆变器输出的补偿谐波衰减很小,提高了逆变器的工作效率,进而增强了有源滤波器的补偿能力,同时输出滤波器的功耗较小。 在分析缓冲电路工作过程的基础上,得到功率开关器件关断尖峰的理论计算公式,提出了基于模糊优化算法的缓冲电路多目标优化设计方法。该方法较全面地考虑了关断尖峰电压、成本和市场上可供选择的元器件型号等问题,以关断尖峰电压最小和成本最低为目标,利用模糊优