注入式混合型有源电力滤波器研究

近年来,随着大量电力电子设备的广泛使用,电网的谐波问题日趋严重。有源滤波器（APF）作为治理谐波的有效手段,在380V低压系统已经得到了广泛应用。但受限于电力电子开关器件的电压和电流等级以及成本,在中高压系统应用较少。注入式混合型有源电力滤波器（IHAPF）是可以适用于中、高压系统的谐波动态治理,且具有大容量的无功静补能力的新型装置。其有源装置仅承受谐波电压,因而保证其有源部分的容量很小,投资及运行费用低。本文从谐波信号的检测、控制、装置的电磁兼容设计等方面对其进行了研究。 有源电力滤波器的工作性能,很大程度上取决于对谐波电流的高精度、实时的检测上。本文对目前使用较多的ip-iq谐波检测算法进行了研究。根据该算法的基本原理,利用数学工具,由其时域表达式推出了频域表达式,并得出ip-iq算法本质上是一中心频率位于基波频率处的陷波器。低通滤波器的设计是ip-iq算法中的主要环节,本文提出采用均值滤波器和巴特沃斯滤波器结合的方法,可以有效解决检测精度和速度的矛盾。 本文在IHAPF基本工作原理的基础上,建立其数学模型,并以此为基础分析了逆变器基波环流的产生及危害。为消除逆变器输出中的基波成分,确保系统的安全稳定运行,本文提出了一种IHAPF的注入电流和逆变器输出电流双闭环控制策略。注入电流控制外环实现注入电流完全跟踪负载谐波电流,保证系统的精度;逆变器输出电流控制内环对输出电流进行限制,抑制系统的谐振,加入阻尼,保证逆变器的安全可靠运行。仿真及实验结果验证了本文所述控制策略在谐波控制精度及系统安全可靠性方面的优势。 在电力电子装置设计中,电磁干扰与电磁兼容是必须考虑的一个问题。本文首先分析了装置中干扰信号产生的原因,包括IGBT的关断浪涌与二极管的反向恢复等。然后分析了干扰信号的传导途径,即共模传导和差模传导。最后提出了解决措施,包括电磁干扰信号的抑制、硬件电路的抗干扰设计、系统软件的抗干扰设计三个部分。 在上述理论分析的基础上,最后阐述了IHAPF装置各部分的参数设计,包括主电路设计,控制器硬件部分的设计,软件部分设计以及上位机监控软件设计等,从而形成了一套完整的谐波分析与治理一体化系统。