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。

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.

APF谐波电流检测的积分法与低通滤波法的比较研究

积分法和低通滤波法都是以非线性负载电流的Fourier级数表示为理论依据的两种有源电力滤波器(APF)谐波与无功电流检测方法。为了弄清楚这两种方法的检测性能孰优孰劣,建立了对这两种方法进行比较研究的MATLAB仿真模型,在此基础上,对这两种方法在电源电压无畸变、电源电压发生畸变和电源频率发生变化时进行了仿真比较。比较研究发现:在电源电压无畸变时,当负载电流处于稳定状态时,积分法的检测精度高于低通滤波法的检测精度,当负载电流处于变化状态时,积分法的跟踪速度快于低通滤波法的跟踪速度;在电源电压发生畸变时,积分法与低通滤波法的检测精度无明显差别;在电源频率发生变化时,低通滤波法的检测精度明显地高于积分法的检测精度。

双积分控制策略研究及在单相并联APF中的应用

为了解决电压跟踪的快速实时问题,针对电压型逆变器提出了双积分控制。双积分控制在电压跟踪上只需要一个比较器及两个带重置功能积分器,其方法原理较简单有利于实际应用。为了扩展双积分控制的应用范围,设计了基于负载电流检测的前馈控制器将电压跟踪问题转换为电流跟踪问题。双积分控制可以应用于并联有源滤波器的设计,使并联滤波器的输出电流跟踪参考电流;由于积分器的作用,双积分控制亦可以抑制直流侧电压波动产生的干扰。但是双积分控制的信号输出频率不固定,延时环节的设计可使双积分控制输出信号的频率集中于一个高频范围,通过无源滤波器的设计进行滤除。双积分控制器控制精度高、动态响应迅速并且鲁棒性强。仿真实验结果验证了所提控制策略的有效性及可靠性。

基于LCL滤波的三电平APF研究

采用3阶LCL滤波器代替传统并联APF的纹波电感,兼顾到了低频段增益和高频段的衰减,通过理论分析,推导了适用于三电平变流器的LCL滤波器参数选择原则;针对APF补偿电流跟踪控制问题,采用改进型二阶广义积分器算法,消除了积分环节稳态误差,同时克服了电网频率小范围波动以及电压正、负、零序问题对积分器的影响。仿真和实验验证了该APF系统的正确性。

基于滑模变结构方法的APF电流控制策略

采用比例积分(PI)调节器的滞环空间矢量PWM(HSVPWM)控制系统难以确保有源电力滤波器(APF)遭受未知扰动或者运行状态发生变化时系统的控制性能。针对该问题,提出一种基于滑模变结构方法的滞环空间矢量控制,以有效提高APF系统的暂态控制性能。电压外环采用滑模变结构控制,以克服传统PI调节器抗扰动能力差等问题。在电流内环,当系统电流偏差被控制在一定范围内时,开关状态的选择以降低系统的开关损耗为目标;当系统电流偏差较大时,开关状态的选择以提高暂态响应速度为目标。与采用传统PI控制器的HSVPWM控制策略进行仿真对比,结果表明所提控制策略的暂态响应时间减少了25%以上;并利用实验结果进一步验证了所提策略的可行性。

基于FFT和神经网络的APF故障诊断方法

针对有源电力滤波器APF(active power filter)逆变器中IGBT易发生故障的问题,对APF中IGBT开路故障的仿真、故障分类、特征提取、故障诊断等方面进行了研究。对IGBT开路故障与故障特征进行了分析,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)和神经网络的APF故障诊断方法,用FFT提取的故障特征向量来训练神经网络,并将训练好的神经网络诊断系统对IGBT开路故障进行了测试。实验结果表明,该诊断方法能用于APF运行状态监测,并可快速有效地识别IGBT故障位置。

有源电力滤波器补偿的PI解耦控制技术研究

电网中电压和电流波形的失真会产生谐波,导致电网功率因数降低,并影响电力系统的稳定性和可靠性。为了确保电力系统的正常工作,研究了基于有源电力滤波器补偿的比例积分(PI)解耦控制技术。设计了基于二极管钳位式的有源电力滤波器模型。结合基尔霍博电压法,降低控制谐波和解除部分变量耦合。针对设备非线性产生的谐波,分析有源电力滤波器的可逆性,获得输入雅可比矩阵,以实现滤波器旋转坐标的线性化。利用变换矩阵转换转动角速向量,输入谐波的幅度,输出电流取样延迟,完成无差PI解耦控制。试验结果表明,所提技术能够有效解耦滤波器的谐波电流成分,从而补偿电网中的失真电流。该技术可以减少谐波对电力系统的整体影响,保证设备的正常运行。

变环宽的APF滞环控制方法研究

针对有源电力滤波器(APF)滞环控制方法存在开关频率不固定的问题,提出了一种新的滞环控制方法。根据给定工作频率与实际工作频率的偏差,采用频率反馈,应用模糊递推积分控制器调整滞环宽度,实现开关频率的稳定方法,具有稳定性好、响应速度快、控制精度高等优点,有效提高了APF的工作性能。最后,在Matlab/Simulink中建立仿真模型,验证了所提方法的可行性。

非依赖模型精度的多频无源控制用于APF高精度谐波抑制

已知控制对象模型时无源控制具有较多的控制优势,但在无法获得控制对象的精确数学模型时,其很难实现零稳态误差控制,尤其在多频控制场合中这种影响将更加显著。该文提出一种改进的无源控制器应用于未知精确模型的三相混合并联型有源电力滤波器控制时,不仅可实现零稳态误差控制,而且也能实现多频控制和分相控制。采用傅里叶变换实现多频无源控制器的分相直流模型设计;详细讨论并得出控制器耦合支路上的模型参数设定误差是影响无源控制稳态性能的主要因素的结论,提出在控制器耦合支路上辅助设计一种能补偿模型参数误差的补偿器。理论分析和仿真表明,改进后的控制器能实现零稳态误差控制,且具有较强的鲁棒性。实验结果证明了所提控制算法的可行性。

基于同步旋转坐标系下DFT谐波检测方法在APF中的应用

针对三相有源电力滤波器(APF)选择性谐波补偿的实现问题,提出了一种基于同步旋转坐标系离散傅里叶变换(DFT)的谐波检测方法。首先,将负载电流信号从abc坐标系变换到dq坐标系;然后,对dq坐标系下的信号进行了DFT变换、解耦和反变换;再将dq坐标系下的信号反变换回abc坐标系;最后,对所提出的谐波检测方法在Matlab/Simulink环境下搭建了仿真模型。仿真及研究结果显示,该谐波检测方法具有较快的动态响应速度。

PI加重复控制算法在三相4线制SAPF中的应用

分析了三相4线制并联型有源电力滤波器的原理,并建立系统的数学模型。在电流环的控制中采用PI控制和重复控制并联的方式,其中PI控制保证系统动态性能,而重复控制提高输出电流波形跟踪精度。分析了PI控制和重复控制的设计过程,最后利用仿真和实验验证了该控制方法的可行性和优越性。

基于模糊递推积分PI的APF电流控制方法

针对电力有源滤波器由于其检测精度、指令电流计算时延和输入滤波器的相移等因素而造成的滤波效果性能下降的问题,采用了一种结合模糊控制技术和递推积分PI控制于一体的模糊递推积分PI控制方法。该方法可以实现较好的滤波性能,并且可以提高系统的动态响应性能,降低稳态误差。对所提出的方法进行了仿真验证,证明了该方法的可行性。

变压器和APF一体化设备的经济运行分析

变压器和有源电力滤波器(active power filter,APF)一体化设备已在实际中示范应用,必须考虑设备的安全经济运行,尽可能减少设备的损耗。利用APF治理电能质量问题,会减少变压器等设备的损耗;同时,APF工作时自身也会产生损耗。针对配电变压器和APF一体化设备的典型结构,分析APF治理电能质量带来的变压器节能降损及治理过程中APF产生的自身损耗,进而提出变压器和APF一体化设备的经济运行状况分析方法。通过算例具体说明变压器和APF一体化设备的经济运行计算方法,并进行经济效益分析。

LCL有源电力滤波器新型控制方法

LCL有源电力滤波器系统稳态误差和稳定性受到电网参数(频率、阻抗)摄动的影响。该文提出一种新的控制方法。包括两个部分,使用传统广义积分器时,电网频率漂移会使其对各次谐波处的积分增益大幅减小,从而增大系统的稳态误差,对此提出一种基于参数在线调整的新型广义积分器;此外为了抑制系统中LCL滤波器谐振,需要加入无源或有源阻尼。电网阻抗在较大范围内变化,会使阻尼作用减弱甚至引起系统不稳定,为此提出基于滑模控制的新型有源阻尼方法。仿真和实验结果证明,新的控制方法使系统对电网参数具有良好的鲁棒性。

一种新型有源滤波器谐波提取方法和控制策略

提出并实现了一种能在电网电压存在畸变和不对称条件下准确提取电网中谐波和无功电流的检测方法。从矢量分析角度出发,通过对三相电网电压和电流矢量在dq坐标系下进行投影变换,实现谐波和无功电流的提取。补偿电流采用预测电流控制,获得了较好的补偿特性和控制精度。对5 kVA有源滤波器和150 kVA混合滤波器的实验结果验证了所提出方法的可行性和正确性。

混合有源电力滤波器的新型迭代学习控制

将混合型有源电力滤波器应用于电网谐波抑制与无功功率补偿,在传统比例-积分(proportion-integration,PI)控制迭代学习算法基础上加入关于电流误差信号的微分项,提出一种新型比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,PID)控制迭代学习控制算法,并推导出了算法收敛的条件,该控制算法改进了传统迭代学习算法的不足,不依赖于初始电流输入信号的选取。采用一种改进的齐格勒-尼柯尔斯方法实现对PID控制器参数的优化,以提高系统的控制精度。仿真和实验结果证明了该控制方法的可行性和有效性,与传统迭代学习算法比较,其具有响应速度快、控制精度高和易于实现的特点。

基于递推离散傅里叶变换和同步采样的谐波电流实时检测方法

目前普遍采用的谐波检测方法存在工频周期延时、计算量大等不足,文章提出了一种基于离散傅里叶变换的快速谐波检测方法。该方法采用递推方式动态更新频谱,并根据相位计算结果实时跟踪电网频率变化,动态调整采样频率,实现同步采样,有效抑制了电网频率波动对检测精度的影响。4种不同情况的仿真实验结果表明,该方法实现简单、计算量小,能实时检测出基波与指定次谐波的参考指令电流。

一种新型的基于磁通补偿的并联混合型有源电力滤波器

提出一种基于磁通补偿原理和谐波电流分流技术的新型并联混合型有源电力滤波器,并推导了这一新理论。这种新型滤波器通过拓扑结构的改变,使电网中的谐波电流流入三绕组变压器的两个线圈,在变压器铁芯中产生的谐波磁通部分补偿,未完全补偿的部分由APF产生的谐波电流的磁通进行补偿,最终达到减小APF容量的目的。在此基础上,利用MATLAB对这种新型滤波器的稳态和暂态的特性进行了仿真研究,并与传统并联混合型电力滤波器APF容量的计算比较,证明了该原理的正确性。