有源电力滤波仪离散控制方法研究

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1、有源电力滤波仪离散控制方法研究第一章绪论1.1选题的背景及意义随着国民经济的迅猛发展，人们的生活质量的不断提高，电力电子设备不仅在工业领域得到了大量应用[1]，而且还应用于普通用户，由此带来的电能问题也就日渐突出，尤其是谐波问题，如铁路、冶金、矿山等大型用电企业的电网谐波严重超标，导致用电开关跳闸、大面积停电等事故屡次发生。由于谐波会导致电网的可靠性降低，电能质量下降，电网损耗增加以及电气设备寿命缩短。所以，作为危害电网的主要因素，我们有必要对谐波加以限制。因此，如何治理谐波、提高电力系统的电能质量，已经成为广大研究学者们眼前的非常具有研究前景的课题[2]。谐波对电网的危害是非常严重的[3-

2、6]，谐波对电力系统的危害可以归结为以下几点：谐波增加了输配电线路和电网中各种电力设备的电能消耗，使得电力设备的温度不断增加，寿命不断减少，还有可能带来不必要的损失。具体如下：电力电容器并入电网以后，如果电容器两端的电压含有谐波，谐波电流会附加在基波上，对电容器产生影响。由于电容器对谐波的抑制作用较小，谐波会使电容器出现过流现象，这样会导致电容器的温度增加，使用年限减少。如果电容器与谐波发生谐振，谐波含量的多少将影响电容器的使用寿命，多则爆炸当场损坏，轻则减少使用寿命。②谐波对变压器的影响：变压器作为电力系统的重要组成部分，被广泛用于电力系统的各个角落，无论是输电系统还是配电系统。由于变压器

3、本身的特性，只要其工作运行就存在各种损耗，例如磁滞损耗、杂散损耗、铜耗等，一旦电网中含有谐波，就会加大这些损耗，减少电压器的使用寿命。随着谐波次数的加大，变压器还可能产生噪音[7]。1.2问题的提出要实现对有源电力滤波器进行离散控制，需要从两个方面出发：一个是建模，建立一个有源电力滤波器的离散化模型；另一个是控制策略研究，根据离散化模型研究补偿电流控制方法。首先是有源电力滤波器模型的建立。我们之所以研究有源电力滤波器，就是希望找到一种控制策略，能快速有效而又准确的控制驱动电路，并产生与电网谐波方向相反大小相等的电流，而所选择的模型合适与否会直接影响电网电流的补偿效果。如果选择的模型与实际系统

4、相差较多(不能充分反映原系统的各种特性)，则系统不能准确地补偿谐波；如果选择的模型能准确的反映原系统的各种特性，则系统能准确地补偿谐波。比如，目前有源电力滤波器的常用建模方法是状态空间平均法，该方法在建模过程中对原有的系统进行了简化，忽略了系统中的非线性成分，这就导致系统在受到大信号干扰时补偿精度受到影响。所以，有源电力滤波器建模的精确性是影响谐波补偿效果的重要因素，是对谐波电流进行离散控制的重中之重，也是本论文研究的一个难点。其次是有源电力滤波器谐波控制策略的选择。目前谐波电流的补偿方法有很多，比如滞环电流比较控制、脉冲宽度调制控制(P)、空间矢量脉宽调制控制(SVP)等等。滞环控制方法简

5、单，容易实现，但对传感器要求较高，并且环宽对开关频率影响较大，也影响补偿电流的补偿效果；传统的脉冲宽度调制控制在有源电力滤波器的交流侧容易产生大量的开关纹波，这些纹波大多为高频分量，这会使得电网中对电磁干扰敏感的器件产生不利影响。控制策略主要作用是实现对谐波的精确补偿，即保证有源电力滤波器产生的补偿电流精确的跟踪谐波参考电流，所以控制策略是影响补偿电流精度的另一个重要因素。..第二章有源电力滤波器理论基础2.1有源电力滤波器的基本原理有源电力滤波器的根据分类方式不同可以分成不同的种类，按照电网的接入方式可以分为：串联型、并联型以及混合型[17]。其中，可以看作电压源的谐波源主要是用串联型有源

6、电力滤波器来补偿，这种应用相对较少；可以看作电流源的谐波源主要用并联型有源电力滤波器来补偿[18]，这种应用较为广泛；混合型则结合了串联型和并联型的结构。相对于并联型有源电力滤波器，串联型由于电路复杂、损耗大而很少单独使用，常与并联型有源电力滤波器组成混合型有源电力滤波器；并联型有源电力滤波器电路相对简单，可以用来补偿由于电流型非线性负载带来的电流畸变、三相不对称电流等；混合型有源电力滤波器由于结合了前两种有源电力滤波器，所以被认为最合理的拓扑结构，既能补偿电压谐波、调节电压波动，也能补偿电流谐波、补偿负荷无功等等，但相对于并联型有源电力滤波器控制起来更困难，成本更高[19]。有源电力滤波器

7、的原理图如图2.1所示，其中，ic为补偿电流，is为电源电流，iL为负载电流[20]。图中，谐波源(负载)为非线性负载，它消耗无功并产生谐波。有源电力滤波器的控制电路部分由两个电路组成：一个是谐波检测电路，采集谐波的电流电压信号，通过计算分析得到谐波电流；另一个是补偿电流产生电路，它由主电路、驱动电路和控制电路构成[21]。其中，检测电路主要检测补偿对象电流中的无功分量和谐波，并形成相应的指令信号。补偿电流由