基于LCL滤波器的APF阻尼技术研究

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有源电力滤波器(APF)是治理电力系统谐波污染最有效的手段。近年来,随着非线性负载的不断增加,谐波污染越来越严重,APF已成为研究的热点。现在主流的APF并网接口均为单L型滤波器,其稳定可靠、参数设计简单,但对高频开关纹波的衰减作用有限。为了进一步改善APF装置的入网电流波形,尽可能减少注入电网的开关纹波含量,LCL滤波器得到广泛关注。LCL滤波器拥有更强的纹波抑制能力,但其自身也存在谐振问题,为了保证系统的稳定性必须对应用在APF上的LCL滤波器的阻尼技术进行深入研究。  首先建立基于LCL滤波器的APF在静止坐标系和同步坐标下的数学模型。通过数学模型发现,在同步坐标系下d、q轴间存在强耦合不适合进行控制器设计。同时研究了在考虑延时环节后的系统模型,为下文阻尼控制技术研究打好基础。  LCL滤波器的参数与装置的滤波效果密切相关,传统的LCL滤波器参数设计方法往往针对特定一个滤波效果指标首先来确定一个参数。本文通过分析LCL滤波器参数与性能指标之间的关系,利用图示法确定参数的取值,保证参数满足尽可能多的性能指标和限制条件。  针对LCL滤波器的谐振问题,常见的阻尼方法为无源阻尼和有源阻尼。为了减少无源阻尼中的阻尼损耗,本文分析了多种无源阻尼结构。针对有源阻尼方法,按照是否增加传感器,研究了两种有源阻尼方法。首先对于基于电流环内数字滤波器的有源阻尼方法,以低通滤波器、滞后网络和陷波器为例研究了其阻尼谐振的原理。再以反馈电容电流和电容电压为例,研究反馈法有源阻尼技术的阻尼机制和控制延时对阻尼的影响。通过搭建MATLAB/Simulink仿真模型,验证了上述阻尼技术的有效性。  最后研制一套400V/100A基于LCL滤波器的并联有源电力滤波器装置,采用无源阻尼方法进行了并网补偿实验,实验结果表明LCL滤波器明显减小了注入电网的开关纹波含量;系统稳定运行不发生谐振,有效验证了阻尼技术的正确性。
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