諧波抑制與無功補償關鍵技術研究.pdf

1、煤礦企業(yè)產能擴大使電動機的容量增大，煤炭開采自動化水平提升及其生產工藝的進步使煤炭生產中變頻器的應用增多，大容量電動機造成的無功沖擊和變頻器引入的電流諧波造成煤礦采區(qū)供電的電能質量下降。本文以煤礦采區(qū)配電系統(tǒng)為研究背景，以混合型有源濾波器(Hybrid Active Power Filter，HAPF)和H橋級聯(lián)型靜止同步補償器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)為對象進行研究。
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2、對兩種典型HAPF拓撲進行無源部分參數(shù)設計。拓撲1采用變流器和LC濾波器串聯(lián)結構，推導LC參數(shù)與變流器容量的關系，以此為基礎進行LC參數(shù)選取。拓撲2采用變流器向LC注入電流的結構，分析LC參數(shù)對各支路電流幅值的影響，以變流器和電感L的電流均小于補償電流為目標建立LC參數(shù)的選取原則，基于LC參數(shù)以變流器容量最小為目標選取變流器濾波電感。仿真對比表明HAPF拓撲1更有利于降低器件耐壓，HAPF拓撲2更有利于減小變流器電流。仿真和實驗驗證了參

3、數(shù)設計的有效性。
　　建立ip-iq法諧波檢測的頻域傳遞函數(shù)，在ip-iq法頻域分析的基礎上提出復合諧波檢測思想。將同步旋轉坐標系下的特定次諧波檢測和ip-iq法諧波檢測組合建立一種復合諧波檢測方法，通過特定次諧波檢測提取低次諧波使得穩(wěn)態(tài)下ip和iq分量中低次諧波分量減小，以允許基波提取時選取高截止頻率低通濾波器，進而在一定的檢測精度下提升動態(tài)響應速度。通過傳遞函數(shù)分析復合諧波檢測的穩(wěn)態(tài)精度，仿真和實驗對ip-iq法和復合諧波檢測

4、進行對比，驗證了復合諧波檢測的有效性。
　　結合模型預測控制思想，提出一種基于虛擬磁鏈的模型預測脈寬調制(Pulse Width Modulation，PWM)算法。算法以虛擬磁鏈跟蹤為目標建立價值函數(shù)，通過價值函數(shù)尋優(yōu)選取電壓矢量。以帶阻感負載的變流器為對象，對比研究了電壓空間矢量PWM與模型預測PWM的調制效果，研究表明在相當?shù)拈_關頻率下模型預測PWM的負載電流畸變率更低。在模型預測PWM中增加延時補償后應用于HAPF，其可以

5、在較低開關頻率下滿足補償要求。
　　針對模型預測PWM在H橋級聯(lián)型STATCOM的應用提出一種簡化的矢量尋優(yōu)方法，將理想電壓矢量向a、b、c坐標軸投影的值作為尋優(yōu)初始條件，通過初始條件獲取三個電壓矢量以構成尋優(yōu)矢量集合，該方法減少了尋優(yōu)的矢量數(shù)量。通過線性規(guī)劃理論證明了簡化尋優(yōu)方法可準確選取最優(yōu)電壓矢量。為平衡STATCOM各模塊電容電壓并約束器件開關頻率，建立一種以價值函數(shù)排序的電壓平衡策略。仿真和實驗對簡化的矢量尋優(yōu)方法及電壓

6、平衡方法的有效性進行分析和驗證。
　　H橋級聯(lián)型STATCOM采用載波層疊PWM算法時脈沖周期輪換不能實現(xiàn)相內模塊電壓的平衡控制。針對五電平H橋級聯(lián)型STATCOM結構，在分析電容充放電特點的基礎上建立了一種改進的脈沖輪換策略，該策略通過對脈沖周期輪換時間按一定規(guī)律進行微調來實現(xiàn)模塊電壓的平衡，仿真和實驗驗證了改進脈沖輪換策略的有效性。
　　為實現(xiàn)H橋級聯(lián)型STATCOM相間電壓的快速平衡，綜合電網(wǎng)電壓不對稱、STATCOM

7、電流指令中的負序分量建立了統(tǒng)一的功率模型，使得由電網(wǎng)電壓不平衡和STATCOM輸出負序電流產生的相間不平衡功率可由功率模型直接計算進行補償，提升了相間直流側電壓平衡的快速性。推導四種可能的相間電壓平衡方法，為避免鎖相和三角函數(shù)運算以簡化計算，提出一種基于虛擬瞬時無功理論和虛擬坐標變換的實時計算方法，該方法只需要瞬時值的乘法和加法運算。仿真和實驗驗證了功率平衡策略和簡化算法的有效性。
　　該論文有圖74幅，表14個，參考文獻195篇