多个电压源型谐波负载的谐波补偿点研究

为得到更好的补偿效果,研究了并联型有源电力滤波器(SAPF)在补偿多个电压源型非线性负载时补偿点的选择问题。在SAPF指定次谐波补偿策略的基础上,采用等效电路法,分析了同时补偿多个电压源型非线性负载时发生的谐波放大现象,重点讨论了SAPF安装位置不同对谐波电流的放大现象。通过公式推导,比较了谐波电流的放大倍数,得出SAPF最小谐波放大补偿点的选择依据。然后从系统结构和控制策略上提出了抑制谐波放大的具体措施。搭建的Matlab/Simulink仿真模型与样机实验验证了上述分析的正确性。     

有源滤波器就近补偿对邻近负载的影响

为保证系统安全运行,主要研究了并联型电力有源滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)就近补偿对同一配电网系统中邻近负载影响的问题。采用等效电路的方法研究了各种非线性负载组合情况下,SAPF就近补偿投入前后邻近负载谐波电流的变化,并对谐波电流进行了公式推导。研究发现,SAPF在就近补偿时,系统有发生谐振以及邻近负载的谐波电流有发生放大的可能;在此基础上,从系统结构和控制策略两方面采用不同的措施来抑制谐波放大与避免谐振的发生。最后,在Simulink中搭建基于PI调节的指定次谐波无静差控制的SAPF仿真模型与实验,验证了上述分析的正确性。     

并联型有源电力滤波器内模PI控制

针对并联型有源电力滤波器(SAPF),建立其同步旋转(d-q)坐标系下的数学模型,进而提出一种基于内模控制原理的PI控制策略(内模PI控制),利用该方法对SAPF系统电流内环与直流侧电压外环PI控制器进行设计,以提高系统的稳定性及动态性能、简化PI控制器设计过程。通过对典型SAPF系统的仿真分析表明,内模PI控制策略对系统快速跟踪补偿电流以及维持直流侧电压恒定具有一定改善作用,进而证明该控制策略的有效性。     

改进型单周控制单相SAPF的研究

针对传统单周控制有源电力滤波器存在的电流直流分量问题和局部不稳定问题,提出一种改进型单相并联有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)单周控制策略。建立了单相SAPF的数学模型,在传统单周控制原理及控制方法的基础上,采用引入纹波法,用纹波电流代替网侧电流推导出新的目标控制方程,消除了电网电流直流分量且提高了系统稳定性能。在MATLAB/Simulink仿真环境下分别搭建了传统单周控制和改进的引入纹波法单周控制的单相SAPF仿真模型,结果表明,采用改进型单周控制策略具有良好的抗干扰性、稳定性和鲁棒性。最后设计并调试了一台单相SAPF的实验样机,实验结果证实了改进型单周控制策略的正确性和有效性。     

并联型有源电力滤波器功率平坦控制策略

随着地铁配电系统谐波含量不断增多,并联型有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)也逐渐取代传统谐波处理装置。建立了αβ坐标系下SAPF中PWM变流器交流侧输出电压与功率之间的数学模型,为了使SAPF在无需精确数学模型条件下仍具有良好谐波抑制效果,通过选取变流器交流侧输出功率作为状态变量及系统输出量,交流输出电压为输入控制变量,提出了一种基于微分平坦理论的功率平坦控制策略。控制器设计通过参考轨迹前馈控制和误差反馈补偿等两部分实现,前馈控制根据期望平坦输出及输入控制量与输出变量间的数学关系规划系统控制状态量参考轨迹,误差反馈补偿消除输出实际值与期望值之间误差值。仿真结果表明所提出控制策略的有效性,谐波补偿效果明显,为SAPF功率控制器设计提供了一种新的思路。     

基于复合谐波补偿和谐振阻尼的SAPF控制策略

针对独立小供电系统中发生的并联的校正电容器和电网阻抗之间的谐振现象,此处首先分析了在谐振状况时并联型有源电力滤波器(SAPF)在传统控制策略下检测负载电流的两种方式,分析表明,当检测点设立在非线性负载出口处时方案最优。接着分析了最优检测点下SAPF的谐波补偿和谐振阻尼效果,虽然在该方案下SAPF对非线性负载的谐波具有补偿效果,对谐振引起的谐波放大也有抑制效果,但该种传统控制策略下的阻尼效果并不能使谐波成分满足电能质量标注的要求。因此,这里提出了一种新型复合谐波补偿和谐振阻尼策略,在补偿谐波的同时能阻尼谐振,可以满足电能质量标注的要求。最后给出了实验结果。     

电容中点式三相四线制SAPF混合无源非线性控制策略

电容中点式三相四线制并联型有源滤波器(SAPF)相比于三相三线制SAPF,附加了零序电流通路,因而可在电网平衡/不平衡时补偿非线性负荷产生的各次谐波、零序及无功电流。利用SAPF的无源性对其进行非线性的无源控制(PBC)可取得较常规的线性和非线性控制器更好的补偿效果,且在电网不平衡时无需检测和处理谐波电流的正负序分量。文中提出了一种电容中点式三相四线制SAPF的混合无源控制策略。首先,根据被控对象SAPF在dq0坐标系下的EulerLagrange数学模型分析其无源性,并计算得到了能使被控量收敛至期望值的SAPF内环电流无源控制规律;然后,采用阻尼注入法对其进行简化,得到能使内环补偿电流完全解耦的新的无源控制规律,提高系统的动态性能;接着,根据直流侧总电压和差压与补偿电流存在紧密联系,设计了基于2阶低通滤波器控制的SAPF外环电压控制器;最后,通过Simulink软件仿真和实验验证了将文中混合PBC用于SAPF控制的可行性和优越性,相比于传统的比例—积分控制,所提出的控制方法有更快的响应速度和更好的补偿效果。     

非理想条件下MMC-SAPF的Lyapunov函数控制策略

模块化多电平变流器(MMC)逐渐被应用于并联型有源滤波器(SAPF)。针对电力系统的非理想运行状态,提出了一种基于Lyapunov函数的正负序分离的控制策略,该控制策略可根据SAPF的容量灵活地选择补偿信号。首先根据MMC型SAPF(MMC-SAPF)的数学模型,建立经正负序分离后MMC-SAPF的Lyapunov函数控制器模型,选择最优控制增益;其次加入适用于电网非理想条件下的准比例谐振环流控制、电容电压控制器以提高系统性能;最后基于MATLAB/Simulink软件仿真平台和硬件实验平台,分别在理想、非理想条件下验证了所提Lyapunov函数控制策略对MMC-SAPF的有效性和优越性。仿真和实验结果表明所提Lyapunov函数控制策略能够快速、准确地补偿电流谐波,具有调节参数少、鲁棒性强、控制精度高等优点。     

载波调换调制技术在级联多电平SAPF中的应用

电容电压不平衡是影响级联H桥多电平并联有源电力滤波器(SAPF)安全可靠运行的关键问题。通过分析载波相移调制技术(CPS-SPWM)对直流侧电容电压的影响,提出了一种基于控制直流侧电容电压平衡的载波调换调制技术,确立了双电压环与电流环结合的三闭环SAPF控制策略。这种调制方式算法简单、易实现,能在较小开关频率下实现较好的补偿效果的同时,有效地解决级联H桥多电平SAPF直流侧电压平衡问题。仿真和实验证明,该载波调换调制技术是有效、实用的,能对直流侧电容电压平衡起到良好的控制效果。     

NPC型三电平三相四线制SAPF非线性无源控制策略

针对线性控制器依赖局部线性化方法的缺点,提出并联型有源滤波器(SAPF)非线性无源控制策略。根据被控对象二极管钳位(NPC)型三电平三相四线制SAPF在dq0坐标系下的欧拉(EL)数学模型分析其无源性;从能量角度出发构造能量存储函数,得到能使被控量收敛至期望值的无源控制规律;以使内环电流解耦为目的,采用阻尼注入法对其简化,提高系统的动态性能;对所设计的NPC型三电平SAPF的非线性无源控制方法进行了仿真及硬件实验。结果表明,所设计的基于非线性无源控制策略的NPC型三电平SAPF能够实现电网平衡/不平衡情况下的电流低谐波、直流侧电压稳定及中点电压平衡;与传统的双环PI控制策略相比,具有较好的补偿效果。     

基于FPGA的APF控制器的硬件结构优化

提出一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的并联型有源电力滤波器（SAPF）的控制器方案。通过简化算法,使用运算强度简化、折叠结构和流水线等方式优化了控制器的硬件结构和工作频率,并详细讨论了基于同步旋转坐标变换、无限冲击响应（IIR）低通滤波器、三相锁相环和滞环电流跟踪控制的结构设计与优化。全部控制算法在单片FPGA中用硬件描述语言VerilogHDL实现。样机实验结果表明系统的动静态性能都较好,满足高性能SAPF对控制器实时性和准确性的要求。     

并联有源电力滤波器解耦控制研究综述

为解决并联型有源电力滤波器三相电流之间和有功无功电流之间的强耦合问题,以达到改善负载补偿效果的目的,总结了近年来相关学者对有源电力滤波器解耦控制的研究工作。首先,分析了并联有源电力滤波器的结构和特点。然后,从搭建模型的不同类型出发,对比分析了三相三线制、三相四线制及混合型并联有源电力滤波器的结构特点和控制方法,研究了近年来有源电力滤波器各种解耦控制方法的研究进展及相互的联系。最后,结合近年来新兴的控制方法,对有源电力滤波器解耦控制的研究做了展望。     

串联型有源电力滤波器功率电路设计

主要讨论功率电路的设计方法，功率电路的设计主要和系统的稳态工作特性有关，因此首先对串联型有源电力滤波器进行了稳态分析，建立了系统的等效电路。然后。根据等效电路提出了一套基于稳态分析折功率电路设计方法，利用该方法推导出功率电路设计所要求的各个部分与电网电压畸变率，额定负载，负载功率因数及系统是否进行无功补偿的关系，得到了明确的解析表达式，所提方法和推导的结果均通过了实验验证。     

Design and modeling of SMES based SAPF for pulsed power load demands

In this article, a Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) based Shunt Active Power Filter (SAPF) topology is proposed to compensate high power pulsating load demands in a power system. The SMES based SAPF is designed and modeled to realize as an efficient compensator for the compensation of pulsed power load demands. The conventional SAPF is efficient to mitigate the power quality problems in a power system unless there is high power pulsating load demands, transient conditions or power fluctuations. Particularly, a Modified Synchronous Reference Frame (MSRF) control algorithm has been implemented to generate proper switching signals for the three-phase Voltage Source Converter (VSC) of the SMES based SAPF. In the simulation, it has been seen that the SAPF is incompetent under high power pulsating load demands whereas the SMES based SAPF has shown excellent performance under such load conditions. Moreover, a comparative analysis has been made between the conventional SAPF and the SMES based SAPF under pulsating load conditions, to check the effectiveness of the SMES based SAPF. The performance of the proposed system is presented by using Sim Power System (SPS)/MATLAB Simulink and real-time digital simulator laboratory (RTDS-Lab).     

串联混合型有源滤波器的建模及控制策略分析

通过建立通用电路模型,从理论上对目前提出的几种典型的串联混合型有源滤波器的结构和滤波原理进行了研究,对各种控制策略的优缺点和系统的稳定性进行了分析,并在此基础上研究了不同谐波条件下各种控制策略的滤波效果,其结论为串联混合型有源滤波器在不同工况下控制策略的选择提供了参考依据.     

并联混合型有源电力滤波器的建模和控制策略分析

针对目前常用的几种典型结构的并联混合型有源电力滤波器,该文通过建立通用电气模型,从理论上对基于几种基本控制策略的并联混合型有源滤波器的滤波原理和优缺点进行了分析;在此基础上,通过比较研究,进一步探讨了不同基本控制策略下电网参数波动对并联混合型有源滤波器工作性能产生的影响。所得的结论可以为并联混合型有源滤波器在复杂工况下基本控制策略的最优选择提供有效的指导,确保滤波装置的安全有效运行。     

并联型有源电力滤波器控制方法与仿真

随着国家坚强智能电网的发展,智能型电力电子设备及技术在智能电网中大量使用。由于电力电子器件具有非线性特性,其使用给智能电网带来了谐波污染等问题。并联型有源电力滤波器采用了应用广泛的谐波抑制和无功补偿技术,它能对智能电网中的谐波和无功进行较好地动态补偿。分析了并联型有源电力滤波器的补偿原理,利用包含直流侧电压环控制的ip-iq法进行智能电网指令电流的检测和定时滞环电流跟踪控制方法对并联型有源电力滤波器进行电流跟踪控制,使用Matlab/Simulink搭建仿真模型,并从不同的控制角进行实例仿真。仿真结果和快速傅里叶分析表明,对于非线性负载晶闸管的不同触发角,定时滞环电流跟踪控制都能有效地实时跟踪控制,仿真模型系统能够实时检测出系统中所含指令运算电流,并进行有效补偿,达到了理想的效果。     

Harmonic estimation using RLS algorithm and elimination with improved current control technique based SAPF in a distribution network

This paper presents the application of well known recursive least square (RLS) harmonic estimation technique and its elimination with improved current control technique based shunt active power filter (SAPF) in a distorted power network. The estimation of amplitude and phase angle of fundamental and harmonics is performed using RLS algorithm, known for their simplicity of computation, accuracy and good convergence properties. The estimates are updated recursively as samples of the harmonic signals are received. In order to eliminate harmonics produced by the nonlinear load connected in the distribution network, a three-phase SAPF with modified current control technique is employed. In this paper, based on the analysis and modeling of SAPF with closed-loop control, a feed forward compensation path of load current and a new pulse width modulation (PWM) control scheme is proposed to improve the dynamic performance of the SAPF. In this case the amplitude and phase angle of the converter AC voltage should be adjusted using PWM, thus producing either leading or lagging reactive power. Harmonic contented in the signal is estimated at the point of common coupling (PCC) with and without SAPF. The comparative results of amplitude and phase angle of fundamental and selected harmonics are determined considering installation of SAPF in the distribution network. The system is studied using MATLAB environment to justify the effectiveness of proposed control technique in comparison to the other techniques discussed in the recent literature.