面向电能质量综合治理的电力感应调控滤波方法研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:susan002
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针对工业整流行业普遍采用的二极管、晶闸管电力整流器,导致的谐波污染严重、功率因数低和变压器损耗大等一系列电能质量问题,论文就一种具有新型滤波原理的电力感应调控滤波系统进行了基础研究。通过对比国内外谐波抑制技术,阐述了感应滤波技术在谐波抑制和降低变压器损耗方面具有的独特优势。对感应调控滤波系统的研究表明其能有效抑制来自电网和非线性负载的谐波,并阻尼谐波谐振;样机测试结果初步验证了该系统上述方面的性能。本文紧密围绕主动跟踪式感应滤波理论开展了一系列研究工作,所取得的主要创新成果体现在以下几个方面:1、从理论上揭示了电力感应调控滤波系统独特的谐波双向阻尼性能首先对基于主动跟踪式电力感应滤波理论构建的感应调控滤波系统建立等效电路模型和数学模型,并推导出网侧电流受作为主要谐波源的非线性负载和电网背景谐波影响的数学表达式;基于推导得出的数学表达式,可以获得为了实现电力感应调控滤波需要满足的特殊阻抗匹配条件和控制系数设定要求;进一步的,分别从数学表达式和灵敏度分析两个方面,对电力感应调控滤波系统的谐波双向阻尼性能进行了研究,充分说明了本滤波系统所具备的对来自非线性负载侧和网侧谐波电流的双向抑制性能和对网侧谐波谐振的阻尼性能。2、对电力感应调控滤波系统的稳定性能进行了初步的分析综合考虑实际控制系统检测算法、延时等的影响,获得了控制系统各个部分的传递函数;基于单相等效电路中推导得到的网侧电流数学表达式,建立电力感应调控滤波系统的闭环传递模型,并根据开环传递函数绘制出滤波系统的伯德图和奈奎斯特曲线图,探讨了系统在不同谐波控制系数下的稳定裕度情况。根据对电力感应调控滤波系统的稳定性分析,得到了控制器参数的设定条件,有助于滤波系统高效、稳定运行。3、提出了一种电力感应滤波系统的虚拟阻抗综合控制策略充分挖掘电压源型逆变器的滤波潜能,以寻求一种适应于电力感应滤波系统的控制算法为目标,设计了虚拟阻抗综合控制策略。一方面,传统的谐波检测算法不能较好地适应于主动跟踪式电力感应滤波理论,在充分研究各类谐波控制方法的基础上,提出了应用于电力感应调控滤波系统的特定次谐波检测、控制策略及其直流稳压算法。与采用传统的全谐波检测算法的系统相比,有效改善了滤波效果并减少了逆变装置的容量。另一方面,设计了零阻抗控制策略,通过在滤波支路构造虚拟的负阻抗,使得无源滤波装置的频率选择性能提高的同时,也虚拟化地构造了一条额外的单调谐滤波支,从而通过对电压源型逆变器的控制,满足感应滤波所要求特殊的阻抗匹配条件。4、研制了电力感应调控滤波系统实验样机为了验证本文在理论基础方面所做的研究工作,在实验室环境下搭建了一台电力感应调控滤波系统的小功率实验样机。根据对实验样机搭建的实际经验,本文主要从整体构架、接线布局、程序实现、系统调试和理论验证几个方面对实验样机进行了全面介绍。最后,对电力感应调控滤波系统实验样机进行了工作性能测试。测试结果验证了理论分析的正确性,并说明了该主动跟踪式电力感应滤波理论在谐波双向抑制,谐振阻尼、无功补偿和降低变压器损耗方面有良好的效果;通过系统稳定性分析设计的控制器参数有助于维持系统稳定、有效的运行。论文通过对主动跟踪式电力感应滤波理论的初步研究,揭示了其独特的谐波双向抑制和谐振阻尼性能,构建了基本的理论与应用研究体系,为今后该理论的进一步深入和拓展研究奠定了理论和实验基础。研究成果进一步深化了感应滤波技术,为谐波治理和无功补偿领域开辟了新的途径。
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