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随着经济的发展和科技的进步,电力电子装置在工业和民用领域的应用日益广泛,由此带来的谐波和无功问题引起了人们越来越多的关注。由于大量的谐波被注入到电网中,严重影响着电能质量;而电力电子装置消耗无功功率,导致电网功率因数的降低也会对电力设备带来不利影响。因此谐波治理和无功补偿已经是一项迫切的任务。有源滤波器是一种新型的谐波与无功动态补偿装置,这种滤波器能对频率和幅度都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响,受到了广泛的关注。本文围绕并联型三相三线制电力有源滤波器在研发过程中的关键技术展开讨论。
首先,介绍了基于Fryze功率理论体系的FBD(Fryze-Buchholz-Dpenbrock)法在三相系统中的谐波检测方法。论证了FBD检测方法的正确性:电压无畸变和电压有畸变时,FBD法都可以准确地检测出系统谐波和无功电流。最后通过理论和仿真都证明了三相系统中FBD法与基于瞬时无功功率理论的ip、iq法的一致性。设计了将Butterworth低通滤波器和均值滤波器相串联的新型低通滤波器,有效地解决了低通滤波器输出的直流电导分量中含有较大交流纹波的问题。
其次,在电流跟踪控制方面,比较了基于α-β坐标系下的滞环比较控制方法和基于电压空间矢量的APF(有源电力滤波器)滞环电流控制方法。前者是在α-β坐标系下做滞环比较,控制简单,响应动作较快。但是这种控制方式会导致开关误动,使得开关频率较高。而基于电压空间矢量的APF滞环电流控制方法将相电流误差通过滞环比较器得到三组电流误差矢量,并通过对电流误差矢量和参考电压矢量扇区的判别输出最优电压矢量,从而使电流误差控制在滞环宽度内。通过仿真证明了这种控制方法在改善了电流跟踪性能的同时,能有效地降低了开关频率。在直流侧电压控制方面,通过分析交直流侧能量交换提出采用瞬时能量平衡的方法对有源滤波器进行建模,提出了直流侧电压PI(比例积分)闭环控制,通过对模型稳定性判断得出PI参数的范围。最后通过仿真实验得到较为稳定的直流侧电压,从而验证了直流侧电压PI闭环控制的正确性。
最后,在理论分析和仿真研究的基础上,设计了基于DSP2812平台控制的并联型电力有源滤波器。重点讨论了主电路逆变桥的参数设计和控制系统中硬件电路和软件电路的设计。在进行样机试验后,对实验结果进行了分析。该装置能有效地对谐波及无功电流进行补偿,实验结果证实了文中所述方法的正确性,装置的研制实现了预期的设计目标。