A PV powered shunt active power filter for power quality improvement

This paper deals with power quality improvement using a three-phase active power filter(APF) connected to a PV power system. A direct power control(DPC) approach is proposed to eliminate harmonic current caused by any nonlinear loads and at the same time guarantees the delivery of a part of the load request from the same PV source. A boost converter is used for maximum power point(MPP) tracking purposes under various climate conditions through a fuzzy logic technique. The suggested study is tested under a MATLAB/Simulink environment. The obtained results depict the efficacy of the proposed procedures to meet the IEEE 519-1992 standard recommendation on harmonic levels.

弱电网APF系统稳定性分析及有源阻尼方法

有源电力滤波器(APF)被广泛应用于电力系统谐波的动态补偿。然而在弱电网条件下,APF、非线性负载与电网线路阻抗间的交互容易引发补偿频率附近谐波振荡的稳定性问题,导致APF谐波补偿失效,系统的电能质量进一步恶化。通过对APF系统环路的小信号建模,揭示了弱电网APF系统的谐波振荡机理,并根据稳定性分析结论提出了一种基于电感电流反馈的有源阻尼方法抑制了这类谐波振荡,从而保证了APF在弱电网条件下稳定的谐波补偿能力。该方法的有效性经PLECS时域仿真及硬件平台实验得以验证。

Key Techniques of High-voltage and Large-capacity Series Hybrid Active Power Filters

基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器（active power filter,APF）应用于高电压、大容量的谐波抑制场合时,受变压器励磁支路谐波电压的影响,逆变器不能等效为基波电流源,其输出电流将含有大量的谐波,从而影响滤波效果。以逆变器为核心,推导出在励磁支路谐波压降影响下的串联变压器的谐波等效阻抗。并以此为基础,从理论上分析励磁电感和变比对串联变压器谐波等效阻抗和APF滤波效果的影响。仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,针对广东某厂10kV、1MVA电力负荷,研制一套基于基波磁通补偿的串联混合型有源滤波器工程样机,取得非常好的滤波效果。

基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF技术研究

基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通过基波同步旋转坐标系实现对所有谐波的控制。首先,使用PI加重复控制的电流环复合控制得到上、下桥臂预导通子模块数,在此基础上进行多步交流侧电流模型预测,最终得到桥臂投入子模块数的最优解,缩小了寻找目标函数最优电平的搜索范围,无需设计权重因子,每相桥臂子模块的总投入数为[N-1,N+1],交流侧输出电平数最大可达2N+1,提高了MMC-APF交流侧电流补偿精度,并改善了系统动态性能。最后,搭建了MMC-APF平台,仿真和实验结果与理论分析一致,进一步验证了所提研究方案的可行性和有效性。

A Novel Fuzzy—Adaptive Hysteresis Controller Based Three Phase Four Wire-Four Leg Shunt Active Filter for Harmonic and Reactive Power Compensation

This paper presents a fuzzy logic based three phase four wire four-leg shunt active power filter to suppress harmonic currents. Modified instantaneous p-q theory is adopted for calculating the compensating current. Fuzzy-adaptive hysteresis band technique is applied for the current control to derive the switching signals for the voltage source inverter. A fuzzy logic controller is developed to control the voltage of the DC capacitor. Computer simulations are carried out on a sample power system to demonstrate the suitability of the proposed control strategy, for harmonic reduction under three different conditions namely, ideal, unbalance, unbalance and distorted source voltage conditions. The proposed control strategy is found to be effective to reduce the harmonics and compensate reactive power and neutral current and balance load currents under ideal and non-ideal source voltage conditions.

Study of a Single-Phase Series Active Power Filter with Hysteresis Control

The paper presents results from a study of a series-connected single-phase APF （active power filter） with a control system based on hysteresis control, both with and without limitation of the maximum switching frequency. The general purpose of the series APF is to eliminate the low order harmonics of the source （grid） voltage. The filter operation at limited and unlimited maximum switching frequency is explained and it is described using building blocks and time diagrams illustrating the tracking down of the reference curve. Waveforms from the computer simulation and waveforms from the experimental tests of the filter are presented also for the two situations. Operations at limited and unlimited maximum switching frequency are compared regarding the quality of the voltage across the load, the complexity of the implementation of the control system, and the electromagnetic compatibility. The investigation proved capability of the series APF to achieve its general purpose using the hysteresis control methods studied （limited and unlimited switching frequency）.

交、直流机车混跑线路车网谐振机理分析及宽频域谐波综合治理研究

在交-直-交电力机车和交-直电力机车混跑线路的牵引供电系统中,存在丰富的宽频域谐波电流,且易产生车网谐振问题。文章首先采用谐波阻抗分析法建立了牵引网谐波阻抗电路模型,推导了牵引网谐振阻抗与谐波频率及供电臂长度的函数关系,分析车网谐振产生机理和谐振特性,给出了车网谐振治理方式及装置安装位置的选择;然后,针对目前牵引网的宽频域谐波,提出一种地面加装有源电力滤波器(active power filter,APF)和无源高通滤波器(high pass filter,HPF)的综合治理方法,并给出“APF+HPF”装置的工程设计方法;最后,结合国内某铁路牵引网案例进行仿真验证。仿真结果显示,采用该方法后谐波电流总畸变率由75.29%下降到1.58%(“APF+二阶HPF”滤波器)和2.55%(“APF+阻波HPF”滤波器),证明该方法对宽频域谐波具有良好的治理效果,能有效抑制车网谐振现象并消除其危害,保障了牵引供电系统的安全运行。

并联型APF对两类非线性负载的谐波补偿特性研究

采用等效电路分析方法,研究了并联型APF对电压源型和电流源型这两类非线性负载的谐波补偿特性。研究发现这两种补偿情况下非线性负载交流侧电流均会发生不同程度的谐波放大效应,其中并联型APF补偿电压源型非线性负载时谐波放大效应较为严重,影响了谐波补偿效果。理论推导得到了统一描述谐波放大效应的表达式,表明系统的结构参数会对APF的补偿特性造成较大影响,通过适当增大负载侧的等效阻抗可以有效减小谐波放大效应,使并联型APF对两类非线性负载均取得较好的补偿效果。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。

基于无谐波检测的LCL-APF直接功率控制

LCL型有源电力滤波器具有补偿带宽高和开关纹波含量低的优点,但由于LCL输出滤波器是3阶系统,在谐振频率处会产生谐振,使稳定控制比较困难。文章提出了一种基于无谐波检测技术的LCL型有源电力滤波器直接功率控制方法,将无谐波检测技术结合到LCL型有源电力滤波器直接功率控制中,该方法省去了复杂的负载谐波电流检测和补偿电流检测,具有良好的有源电力滤波器谐波补偿效果,同时采用直接功率控制提高了系统动态控制性能,此外为克服LCL滤波器谐振问题,在控制器中增加了有源功率阻尼环节。仿真试验结果证明了该方法的正确性和可行性。

APF和SVC联合运行的稳定控制

研究了有源电力滤波器(APF)和静止无功补偿器(SVC)联合运行中的互相影响问题,指出在两者同时运行的情况下SVC控制器的设计要考虑到APF的影响,否则系统可能会不稳定。通过分析APF对SVC的影响途径,指出APF采用通常的Ip-Iq检测方法时,与SVC的耦合程度大;而采用“补偿特定次数谐波”方法时,与SVC的耦合程度小,此时APF是否投入对系统的稳定性基本没有影响,因此提高了系统可靠性。

并联型APF补偿电压源型非线性负载时谐波电流放大效应的研究

为拓展并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)的应用,通过采用电路等效分析的方法,研究并联型APF对电压源型非线性负载的补偿特性,重点分析负载谐波电流放大效应,定性与定量地解释产生此效应的原因。在此基础上,从电路拓扑以及APF控制两方面提出抑制谐波放大效应的措施,使得并联型APF对电压源型非线性负载取得良好的补偿效果。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。

改进谐波分次检测结合集中电流环的APF谐波独立控制实现

有源电力滤波器(active power filter,APF)谐波独立控制的本质是实现3方面功能:1)谐波补偿频次可选;2)各选择次谐波补偿程度可独立设定;3)各选择次谐波可无静差补偿。从谐波控制系统结构的角度,分类对比现有APF谐波控制策略,进一步提出改进谐波分次检测结合集中电流环的选择次补偿和全补偿两种运行模式下结构,并以多同步坐标系谐波分次检测结合采用单PI控制器集中电流环为例,定性和定量分析集中电流环静差,给出校准的具体方法。所提方法利用集中电流环频域特性,通过谐波分次检测后再分次校准集中电流环静差,很好地实现了APF谐波独立控制三方面功能,同时控制系统简单,参数易整定、不易出现稳定性问题。最后通过仿真和实验,验证所提方法的可行性和优越性。

基于误差迭代PI和改进重复控制的APF补偿电流控制

针对电网谐波污染日益严重的情况,为提高有源电力滤波器(APF)的稳态补偿精度和动态响应性能,从谐振控制器的角度出发,对传统重复控制进行改进,并针对控制对象优化得到最优重复控制参数。同时,为了克服重复控制延时一个周波响应的动态性能缺陷,提出了一种误差迭代比例—积分(PI)控制法,在提高系统动态响应速度的基础上尽可能保证稳态精度。最后,对重复控制的嵌入形式加以改进,通过设置指令前馈通道优化控制结构,得到了改进复合控制的优化结构,实验和仿真结果验证了所提出控制策略的准确性和有效性。

集中补偿型LCL-APF的有源阻尼控制方法研究

针对电网中采用无源网络进行滤波后仍然存在的谐波及无功问题,采用LCL-APF系统在变配电所侧对电网中的谐波及无功分量进行集中补偿。该LCL-APF系统采用直接功率控制的策略,省去了复杂的谐波检测及计算环节,改善了网侧电流的失真情况,将电网电流的谐波畸变率从26.86%降到了3.78%。通过机理建模及波特图分析,在功率控制环内加入有源阻尼环节,有效抑制了三相LCL系统引起的谐振问题,提升了LCL-APF系统的动态性能。仿真结果证明了该控制方法的正确性与可行性。

四桥臂三相四线制并联型APF-STATCOM

通过增加畸变相位闭环控制环节准确锁定基波正序电压初相角,提出了一种能在电网电压不平衡或畸变时准确检测出基波正序有功电流和无功电流的谐波和无功电流检测算法,且可直接适用于三相三线或四线系统;给出了一种能在电网电压不平衡或畸变时对基波正序无功功率进行独立补偿的解耦控制方案。基于所提检测方法及控制方案,四桥臂三相四线并联型APF-STATCOM能在电网电压不理想和负载不对称且非线性的条件下实现用同一原理同时实现谐波抑制、无功和负载不平衡补偿这几种功能。理论推导验证了所提检测方法的正确性,基于Matlab/Simulink的仿真结果证明了所提检测方法及控制方案的有效性,并且具有良好的动态特性和快捷的无功阶跃响应。

基于基波磁通补偿的串联混合型APF滤波特性分析

在基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器(APF)中,由脉宽调制逆变器实现了一个受控基波电流源。串联变压器一次侧的系统电源与系统阻抗、无源滤波器和非线性负载共同作用,使串联变压器二次侧端口呈现一个谐波干扰电压,导致逆变器输出电流中含有一定谐波,影响了滤波器的滤波效果。文中以脉宽调制逆变器为核心,建立了滤波器的数学模型,并对其滤波特性进行了分析。提出了改善其滤波效果的3项有效措施,即适当增大逆变器输出滤波电感、合理选择串联变压器原副方变比、采用电压前馈控制技术。设计了一套基于数字控制的10kVAAPF样机,实验结果证明了原理分析的正确性。

不同类型谐波源综合补偿的串联混合型APF设计

为了实现对电网中非线性负载产生的不同类型谐波的综合治理,提出了一种新型串联混合型有源电力滤波器(APF)。所提出的滤波器不仅能单独治理电流型、电压型谐波源,而且能实现对电流型和电压型谐波源的综合治理,并能有效抑制电网谐波串、并联谐振。提出了一种基于变压器基波磁通补偿的串联型APF的电流比例—积分无静差控制策略。采用输入、输出阻抗传递函数法的分析结果表明,所提出的串联混合型APF具有很好的谐波谐振抑制特性。对该滤波器综合治理不同类型谐波源的情况进行了仿真和实验研究,结果表明,所提出的串联混合型APF具有很好的补偿效果。

基于多同步旋转变换的并联型APF补偿策略

为了提高有源电力滤波器(APF)的补偿灵活性,提出基于多同步旋转变换的低次特征谐波选择性补偿策略.采用特定旋转频率的同步旋转变换将相差6次的一对正、负序谐波变换为该坐标系下的3次谐波分量,通过多组不同旋转频率的同步旋转变换将指定谐波变换为相应坐标系下的3次谐波,设计基于谐振控制器、选通频率为150Hz的带通滤波器将其滤出,实现指定谐波的指令提取.为了提高补偿电流的控制精度,采用基于PI控制内环和重复控制外环的复合电流环控制策略.利用MATLAB/SIMULINK软件搭建仿真模型并在16.5kVA的APF样机上进行验证实验,仿真和实验结果证明了该方法在三相并联APF中的正确性和可行性.

基于切换仿射线性模型的三相APF电流控制方法

提出一种基于切换仿射线性模型和切换系统全局稳定理论的三相有源电力滤波器(active power filter,APF)电流控制方法。该方法首先建立了任意运行点下的三相APF的切换仿射线性系统模型,再根据凸组合稳定条件,将一个工频周期按三相母线电压大小划分为12个区间,在每个区间内设定能满足二次稳定条件的开关子系统组合,并为系统选取共同的李亚普诺夫(Lyapunov)函数,基于切换系统理论控制方法的设计思路,提出了建立在切换仿射线性模型基础上的二次稳定控制策略。最后进行了仿真分析并验证其可行性。

应用低次谐波无静差消除策略的三相并联型APF

基于αβ坐标系,应用变步长自适应滤波算法对非线性负载的无功电流及谐波电流进行检测。通过将各低次谐波幅值也作为权值加入至自适应迭代算法中,有效地消除了低次谐波对步长收敛值及权值收敛值的影响,保证了检测算法的稳态精度。基于PI控制器设计了比例谐振控制器的参数,将谐波检测算法获得的各次谐波指令分别通过相应的比例谐振控制器进行控制,即可实现对基波无功及25次以下各次谐波的无静差跟踪。仿真及实验结果验证了该算法及设计的有效性。