混合型有源电力滤波器的研究

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摘要：随着电力电子器件在工业中的广泛应用，其产生的谐波电流注入电网，影响电气设备的正常工作。谐波的污染问题已经成为影响供电质量的重要问题。传统的无
源电力滤波器和有源电力滤波器各有其优缺点，有源滤波器与无源滤波器串联的并
" F7 j. |7 g3 D0 i5 z9 w联混合型有源滤波器更好地结合了无源滤波器和有源电力滤波器的优点，造价较
8 r' b3 u8 S5 R! h低、性能优良。这种结构能以较小的有源装置容量实现大容量的谐波补偿，并能将
电压耐压较低的半导体功率器件安全地用于高压系统的谐波补偿，在取得良好的谐
波补偿效果的同时，还可兼顾部分基波无功补偿，有着广泛的发展、应用前景。
本文针对谐波治理需要提出的新型混合型有源电力滤波器兼具较大容量的无
2 Z4 H9 n) _& _# t; I) Z功静补偿能力和较小的逆变器容量，对其工作原理进行了分析，并建立了混合型有
源电力滤波器的拓扑结构模型方程和开关函数模型方程。
谐波检测是有源滤波器的-一个关键环节，而其中的计算延时和许多谐波检测方
法中的低通滤波都会对有源滤波器控制和系统性能造成很大的影响。本文在ip-iq
7 T( E* a% G* _* [- E' v  E/ X8 O算法的基础之.上，对其进行推广应用，并对其进行了仿真分析，仿真结果证明了算
法的可行性和有效性。
. T9 z" z0 [! S( ~: |8 A/ J本文对并联型混合有源滤波器控制策略进行了研究。在对并联混合型有源电力
' n& `: Z8 [, ^/ _2 U8 \! N滤波器的无源电力滤波器和有源电力滤波器的结构、原理和设计方法进行了较为充
) e3 K  o5 }) _% j4 b0 w/ F分的分析讨论的基础上，提出了混合型有源电力滤波器的自适应模糊PI控制和自
. S5 I2 t1 [& f' a# I: u适应模糊免疫PI控制，并进行了详细的分析及进行了仿真，仿真结果表明所提出
! b, S7 Q9 T! I/ W' e7 T算法的有效性。
论文结合有源电力滤波器控制器在某变电站的应用实例，详细说明了系统拓扑
# G9 k7 C% _$ L# |+ W$ n结构和控制器的设计，并给出了现场应用效果。
关键词:混合型有源电力滤波器;自适应模糊PI控制;自适应模糊免疫PI控制;
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4 s7 ~6 q* N9 H. X+ _( \) `3 z造成系统正弦波形畸变、产生谐波的设备和负荷称为谐波源。一切非线性的
: E5 D& B( M6 a. _% |设备和负荷都是谐波源。当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负
0 M$ `9 @4 C7 I% D: T0 I3 L. n/ X: g8 @2 {荷在传递、变换、吸收系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量
( W& l$ _+ a, n" c' J转换为谐波能量，向系统倒送入大量的高次谐波，使电力系统的正弦波形畸变，
( J: z( ^) q! ]6 `3 M6 k电能质量降低，损坏系统设备。威胁电力系统的安全运行，增加电力系统的功率
损耗等，给系统带来危害。
3 P3 F0 [9 X9 v' C* e$ ]谐波是由与电网相连的各种非线性负载产生的。当前电力系统的谐波源，其
非线性特性主要有三大类:
* i0 N* C7 v# j  n: ]& R(1)铁磁饱和型:各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现
非线性。
8 ^( F  @9 x: z(2)电力电子开关型:主要为各种交直流换流装置(整流器、逆变器)以及双向晶
1 R( }- Y! v) O4 e8 _) O, e" \闸管可控开关设备等。
(3电弧型:各种炼钢电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间，其电
弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性，使电流不规则的波动。其非线性呈现电
弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏安特性。
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谐波是由与电网相连的各种非线性负载产生的