一种Si/SiC混合有源滤波装置及谐波控制策略研究

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随着电力电子技术的快速发展,大功率新能源发电机组和新型电力电子装备投入电网使得电网谐波问题日益严峻,中高频段的谐波含量逐渐增大。有源滤波器(Active Power Filter,APF)在谐波治理和无功功率补偿等改善电网电能治理方面具有非常重要的作用,其中,开关管的特性很大程度上制约着APF的性能。硅基半导体器件受限于开关损耗大,补偿中高频段谐波时存在效率低,温升高等问题;而碳化硅器件开关损耗小,补偿中高频段的谐波电流好,但受限于目前封装技术和制作工艺,大额定电流的碳化硅器件成本非常高。本文为了解决大功率、高频率的谐波电流污染电网的问题,提出了一种Si IGBT逆变器和SiC MOSFET逆变器并联的混合APF装置,该装置具有更高的性能和功率密度以及更低的成本和损耗。对此本文基于Si IGBT/SiC MOSFET混合的有源滤波装置为研究对象,展开了研究:(1)混合装置谐波分配策略技术研究。针对三相不可控整流电路谐波含量分布情况,根据SiC MOSFET和Si IGBT的开关特性和成本差异,提出一种谐波分配的控制策略,使Si IGBT逆变器补偿低频谐波、SiC MOSFET逆变器补偿高频谐波,使混合APF装置具有更低的成本和损耗。(2)逆变器间环流抑制方法分析研究。由于两个逆变器直流侧共用电容,存在环流通路,分析造成环流的缘由,根据两逆变器开关状态对环流变化的影响,结合逆变器两种零矢量对环流变化的特点,提出一种环流抑制策略,降低开器件的电流应力。(3)模型预测控制代价函数计算过程优化方法设计与研究。针对传统模型预测控制需要计算7种开关状态对应的代价函数,需要较大的计算量和较长的计算时间。分析了在一个时刻中各个代价函数的分布情况,以及相邻两时刻输出电压的特点,根据这一特点提出一种新的优化代价函数计算量的方法,以实现降低模型预测代价函数计算量的目标。相较于传统的模型预测控制计算所有的代价函数再获得最小代价函数的方法,该方法可以减少50%的计算量,提高了混合器件的效率。
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