双模块有源电力滤波仪关键技术研究

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1、双模块有源电力滤波仪关键技术研究1绪论1.1引言随着钢铁、冶金、电气化铁路等行业非线性负载容量的逐渐增大，特别是近年来大容量电力电子装置的广泛使用，电网谐波问题日益严重。电网谐波会影响各种电气设备的正常运行，干扰通讯系统⑴，为此许多国家和国际权威机构都发布了公共电网谐波标准目前治理电网谐波问题主要有两种途径。一种是主动型谐波治理方式即通过对电力电子装置等谐波源进行改造使其不产生谐波。另外一种是采用电力滤波器滤除电网谐波的被动型谐波治理方式。电力滤波器分为无源电力滤波器(PassivePo)整流技术等方案。被动型方法主要指给谐波源安装滤波器，谐波电流由滤

2、波器吸收，避免其流入电网。目前电力滤波器主要分为无源电力滤波器(PPF)和有源电力滤波器(APF)两种。无源电力滤波器是由多个单调谐LC滤波器构成的，针对负载谐波频谱及谐波含量设计每个LC滤波器的参数。LC滤波器兼顾补偿谐波电流和无功功率的功能。其基本原理是将LC滤波器的谐振频率设置为谐波电流的频率，从而滤除指定次谐波，同时LC滤波器针对电网基波频率来说呈容性，因而可以向电网提供基波容性无功功率。2双模块并联APF拓扑及控制方案2.1引言APF并联运行方式的研究主要分为两个方向。一是采用多台独立的APF与被补偿对象并联，从而同时满足补偿容量和补偿精度的

3、要求。主要包括级联式并联方案对各次谐波补偿方案[34]。另一种是釆用集中控制器实现对两个（多个）并联的APF模块的协调控制，此种方案在提高单台APF装置补偿容量的同时也具有较大的灵活性，主要包括基于通讯的主从控制方案、单模块闭环控制方案[14]、双模块双闭环共直流母线控制方案，双模块双闭环独立直流母线控制方案。单模块闭环控制双模块APF并联方案结构图如图2.2所示。装置中两个模块共用同一个直流母线和控制器。采集交流母线电压信号、负载电流信号、模块1补偿电流、直流侧电压信号进行闭环运算。模块1采用闭环控制，模块2运行在开环状态，其P驱动信号与模块1的驱动

4、信号完全相同。..2.2基于通讯的主从控制方案基于通讯的主从控制方案结构图如图2.1所示，两个APF模块完全相同，具有独立的控制器，通讯单元，故障检测单元，但共用一套负载电流传感器。两个APF模块可以独立进行谐波补偿而互不干涉，但为了实现两个APF模块之间的配合，通常釆用主从控制方式，通过竞争的方式选择主机，主机通过通讯检测从机的故障信号，若从机没有故障，则将均流系数设置为0.5并发送给从机，每个模块输出的补偿电流为总谐波电流的一半，否则主机将均流系数设置为1。同时从机也会检测主机的状态，若主机故障，从机自动切换为主机，并将均流系数更改为1。此种方案具

5、有易于拓展的优点，可以直接将并联的APF模块数量扩展为N个，且任一模块故障均不会影响其它模块的正常运行，是小容量APF并联时的首选方案。但是此种方案依赖于模块之间通讯的可靠性，而且为每个APF模块均配置一套控制器成本也比较高。此方案控制原理如图2.3所示，装置釆用直流侧电压外环和补偿电流内环的控制框架。控制器检测负载电流并提取谐波信号，将提取到的谐波信号的一半作为指令信号与模块1的补偿电流信号进行闭环运算产生调制波和P信号，驱动模块1的变流器输出补偿电流。同时，模块1的P信号也送至模块2对应的开关管，在主电路参数完全一致的情况下，输出与模块1相同的补偿

6、电流。此种方案具有易于拓展且硬件成本最低的优点。但其缺点也十分明显：①、模块2处于完全开环的运行状态，运行风险较高。②、由于模块1故障后，直流电压无法进行闭环控制，需封锁P，导致模块2也要退出运行。因此只有模块1可以独立运行。③、补偿精度完全取决于主电路以及驱动电路参数的一致性，而实际上LCL滤波器的电感值、电容值均有一定的偏差允许范围，从而影响补偿精度。..3大容量APF主电路设计.......163.1引言.......163.2LCL滤波器的设计.......163.3IGBT并联技术.......213.4叠层平面母线设计.......283.

7、5直流母线电容设计.......313.6小结.......334高稳态精度电流环控制策略.......354.1引言.......354.2有源滤波器模块数学摸型.......354.3单PI控制.......384.4重复控制.......404.4.1重复控制理论.......414.4.2双环控制系统.......434.5仿真和实验验证.......464.6小结.......515APF直流侧电压控制及软启动.......525.1引言.......525.2直流侧电压环控制.......525.3直流侧电压软启动与软并网.......55

8、5.4小结.......565APF直流侧电压控制及软启动5.1引言有源电力滤波器工作时，其直