多模块APF并联系统高频谐波环流分析与控制

有源电力滤波器(APF)的高频开关谐波由于通常不包含在电流闭环控制回路内而表现为电压源特性,造成多模块APF模块间的高频谐波环流,增加了系统功率损耗,降低了系统稳定性和控制精度。针对上述问题,对多模块APF并联系统高频谐波环流进行研究,通过构建系统高频谐波环流数学模型,详细分析了环流的形成机理及其影响,并分析了模块输出滤波器(OF)对环流的影响。最后,提出一种多模块APF协调控制方法,以抑制系统高频谐波环流。理论分析和实验结果表明:各模块SPWM载波不同步是高频谐波环流的主要成因;高频环流不流入电网系统;OF能抑制各模块高频谐波电流的非环流分量,而对于环流分量并无明显的抑制效果,相反会降低系统的稳定性;所提模块化APF并联协调控制方案可有效抑制系统的高频谐波环流。     

各相独立i_p-i_q法APF直流侧稳压策略研究

有源电力滤波器(APF)是动态抑制谐波和无功功率的有效手段。谐波检测的快速性和精确程度决定了APF的补偿性能;同时直流侧电容电压的稳定是APF正常工作的前提。此处详细介绍了基于各相独立i_p-i_q谐波检测APF的实现方法;并提出一种适用于各相独立i_p-i_q法APF的直流侧电容电压控制策略,在进一步减少计算量的同时可以保证直流电压的平衡稳定。建立了三相三线制APF模型,并通过仿真和实验验证了各相独立i_p-i_q谐波检测法和所提直流侧电压控制策略的正确性。     

混合型多APF系统建模及共振抑制方案研究

针对多台APF系统相关的共振和稳定性问题,建立了常规混合多APF系统的数学模型。基于该模型进行了其动态交互的数学理论分析,提出了一种针对混合多APF系统削弱共振和提高系统稳定性的方案。其中多APF系统是由不同类型的模块APF组成,每种模块具有不同的LCL滤波器参数、开关频率、载流量。在分析混合型多APF的动态交互的基础上,得出了增加LCL滤波器电感可有效抑制不同模块APF之间的共振和耦合的结论。与目前传统模块化APF相比,该混合型多APF系统可提供较宽的电流跟踪带宽、快速的动态响应速度以及较高的容量利用率。同时理论研究和仿真结果证明了该混合型多APF系统的共振抑制方案的可行性。     

大容量APF并联系统环流机理研究

针对大容量APF并联模块间存在的环流问题,从系统和开关器件两个层面对APF并联模块间的环流形成机理进行了分析,并总结出几种环流抑制措施。在此基础上,提出一种APF并联系统的控制方法,该方法采用主从两级控制,分离电流检测与电流跟踪控制环节,通过消除电流检测误差、同步各模块控制算法的实现及PWM脉冲的生成来抑制环流。实验结果表明,当SPWM触发脉冲调制载波异步时,模块间会产生环流;模块间的环流对模块并联后总输出电流没有影响;所提控制方法能够有效抑制APF并联系统的环流,并取得较好的谐波补偿效果。     

基于RTDS的APF硬件在环仿真系统

有源电力滤波器(APF)的离线仿真只能保证控制算法正确,而无法反映实际运行时的动态性能。针对这一问题,建立了实时数字仿真器(RTDS)和APF联合的硬件在环(HIL)仿真系统并进行了相应的研究。介绍了APF的关键技术、RTDS的建模方案以及HIL仿真系统的组建策略,并详细分析了该仿真系统的运行环境。对比APF的PSCAD离线仿真、RTDS实时仿真、HIL仿真,结果表明HIL仿真系统能够反映实际运行中存在而在离线仿真中无法体现的诸多问题。在此基础上对采取补偿方法后的仿真结果进行了研究,表明HIL仿真系统能在本质上反映实际运行情况,能够真正检验APF的性能。     

适用于小容量独立电源系统的APF控制策略

针对小容量独立电源系统电源受负载影响比较大的特点,提出了一种有源电力滤波器(Active Power Filters, APF)的电流基准产生方法,并对APF直流侧稳压问题进行了详细的分析,推导了传递函数,得到了数学模型.对采用本文提出的电流控制策略的APF进行了仿真研究并制作了实验样机,通过仿真和实验验证了该控制策略应用于小容量独立电源系统APF的正确性和可行性,实验结果同时证明了采用该控制策略后APF具有良好的动态和稳态性能.     

APF运行实时监控系统的设计

针对现有的有源滤波器APF(active power filter)存在数据存储量少、数据处理能力弱,远程监视能力差等问题,对APF运行中信号采集、处理、传送,显示等方面进行了研究,对实时运行监视系统的设计方法进行总结,设计了APF运行在线监测系统.该系统采用低功耗的STM32F103RBT6芯片作为信号采集处理控制器,利用STM32开发板外设的功能模块进行数据的传输、存储,并利用开发板标准通信接口实现了RS485远程通信,从根本上克服了APF数据存储量小及远程监测能力弱的问题.实验运行结果表明,此系统对APF数据的采集,处理的能力较于APF本身大为加强,数据存储量大幅度提升,远程监测效果好,并且该系统操作简单,成本低,具有较好的应用和推广价值.     

基于PSCAD的有源电力滤波器建模仿真研究

在对有源电力滤波器(APF)的结构和运行特性进行分析的基础上,利用电磁暂态仿真软件PSCAD对APF系统的运行过程进行了仿真,建立了系统的仿真模型,设计了基于瞬时无功功率理论的控制系统,给出了在负荷电流突变等情况下APF的动态响应曲线。仿真结果表明,APF在电网谐波抑制和无功补偿方面具有优良特性,同时也验证了本文所建模型的正确性和控制系统的可行性。     

一种用于有源电力滤波器的实时监控系统

介绍了一种用于有源电力滤波器(Aetive Power Filter——APF)的计算机实时监控系统。该系统运用VC 的多线程编程技术,实现了不间断采样和实时数据处理的高速并行操作,从而能对APF系统进行高采样率的谐波分析和更完整可靠地故障实时录波,具有较高的实时性。此外,软件设计中引入DAQBeneh工控ActiveX组件,加强了监控软件界面与功能的专业性。实验表明,此监控系统能对APF进行有效的监控和保护,提高了APF系统的可靠性与自动化水平。     

应用微分几何理论的三相并联型有源电力滤波器解耦控制

有源电力滤波器(active power filter,APF)由于其突出性能已被证明是谐波抑制的有效手段之一,然而APF主电路为电压源逆变器(voltage source inverter,VSI),是一个非线性多变量、强耦合的系统,难以建立精确的数学模型,从而给控制器设计及应用带来困难。该文基于微分几何理论提出一种状态反馈精确线性化方法,推导出非线性坐标映射以及非线性反馈变换方程,将APF系统精确线性化,最终实现三相并联电压型APF有功、无功解耦控制器的设计。最后使用Matlab进行仿真并基于DSP和FPGA构成的双微处理器结构设计控制器进行了实验,仿真及实验结果表明,该控制策略能较好的实现APF的解耦控制,具有较好的补偿特性,经该控制算法补偿,谐波畸变率限制在2%以下,同时给出数字PI控制的实验结果作为比较。     

单相有源电力滤波器的非线性切换控制

针对线性控制策略造成的有源电力滤波器（Active Power Filter,APF）补偿误差,利用非线性动力学的切换系统理论,提出了一种APF切换控制的新方法。首先建立APF切换系统精确模型,然后利用APF平衡状态推导出APF切换系统误差模型,在此基础上设计合理的切换路径作为系统的控制输入。该输入可以使系统渐近稳定,系统的误差状态变量趋于零,实现APF精确补偿。通过与传统线性电压控制策略进行仿真比较,结果验证了该方法的合理性和有效性。     

APF在万吨选矿厂低压配电系统中的节能应用

介绍了工矿企业供配电系统的特点,对新建万吨生产线低压配电系统谐波的危害、现场测试进行了详细的分析,提出了利用有源电力滤波器（APF）技术进行谐波治理的方法,并对APF基本原理进行了阐述,最后给出了治理效果。     

矢量模式单周控制三相三线制三电平有源电力滤波器

为克服由于开关器件容量小而导致有源电力滤波器(APF)功率受到限制的问题,提出了一种基于矢量模式单周控制的三相三线制三电平APF,APF主电路采用二极管箝位型三电平拓扑结构,控制策略采用0°～360°区间矢量模式单周控制,以减小APF开关应力和损耗,实现用低耐压开关器件提高APF功率等级。对所提出的APF等效开关模型和平均模型进行了分析,在此基础上推导出统一控制目标方程,根据此方程建立了系统仿真模型,并详细分析了系统稳定性和PI调节器设计。最后,分别对APF工作于三相电源平衡和不平衡时的情况进行了仿真研究,仿真结果表明所提出的APF能有效地补偿系统谐波和无功电流,提高输电线功率因数和传输效率,验证了所提出的控制方法的可行性和有效性。     

并联双APF交互影响分析

由于电力有源滤波器(active power filter,APF)快速跟踪消除谐波的特点,其被大量安装在配电网以保证配电网安全可靠运行。然而,随着APF装置大量无序接入配电网,其交互影响现象无法忽视。针对配电网内APF之间交互影响问题,以典型并联双APF系统作为研究对象,计及单APF系统稳态误差,基于等效输出阻抗法,建立了并联双APF等效模型。研究了电气及控制参数与并联双APF系统内在联系,分析了弱电网背景下一个APF的系统稳态误差对另一个APF运行稳定性的影响,继而从控制理论角度揭示了双APF并联交互影响原理,提出了抑制交互影响的措施。最后仿真验证了上述理论分析的正确性。     

基于改进麻雀算法的多APF协调控制研究

有源电力滤波器（APF）因其具有快速追踪和消除谐波的功能而广泛应用于配电网中。其中，LCL型APF对高频谐波有更好的抑制能力。随着APF并网数目的日益增多，各APF间的交互影响问题变得不可忽视。针对多APF间的交互影响，首先基于诺顿定理推导了多APF并网等效模型，其次利用广义动态相对增益矩阵（GDRGA）对交互影响进行定量分析，最后将抑制交互影响转化为多目标优化问题。针对传统麻雀算法在搜索后期存在全局寻优能力差、易陷入局部最优的缺陷，引入tent混沌和动态随机柯西变异进行改进，并采用改进麻雀算法对APF各控制参数进行协调优化。结果表明，改进麻雀算法能得到分布更加良好的pareto解集，求解性能更优，多目标优化后能有效抑制APF间的交互影响，验证本文所提方法的有效性。     

基于PCH模型的APF非线性L2增益控制新方法

在所建立的有源电力滤波器APF(active power filter)端口受控哈密顿系统PCH(port controlled Hamiltonian)平均化模型基础上,提出了一种非线性L2增益控制新方法.该方法建立了APF的PCH平均化模型,设计了L2增益控制律,针对误差系统的欠驱动性质和准确估计直流电容参考电压波动量的困难,从提高系统的鲁棒性和简化控制方法执行的角度着眼,分别采用间接控制以及大电容条件下忽略直流电容参考电压波动量的方法进行解决.此外,该方法还对采用固定反馈增益控制时APF内层控制过调制现象的产生原因进行了分析,通过设计滑动反馈增益限幅控制代替固定反馈增益控制,在满足内层控制约束下确保补偿效果.仿真结果验证了该方法的正确性和有效性.     

基于H桥级联型变流器的有源电力滤波器

提出了一种基于H桥级联型变流器的有源电力滤波器(APF)系统的电路拓扑结构,分析其闭环控制策略和主电路系统参数。对APF样机进行了无功补偿试验和不平衡补偿功能试验。试验结果表明,APF系统动态响应速度快、补偿性能良好,验证了理论分析和样机装置设计的正确性。     

多机并联LCL型APF谐振特性分析及抑制策略研究

由于LCL型有源电力滤波器(APF)作为一个三阶系统,不仅能够保证滤除高频开关分量,同时在相同的容量下,可大大降低电感取值,因此在配电网被大量采用。然而,随着LCL型APF大量并网,其自身产生的谐振问题开始凸显。本文针对配电网内并联LCL型APF与电网之间交互影响问题,建立了并联LCL型APF系统等效电路模型,并对多机并联LCL型APF系统进行了并联谐振特性分析,得出了并联谐振的表达式;提出一种基于电容支路电流反馈的有源阻尼策略来替代无源阻尼,对APF并联系统机网谐振进行抑制,进而分析了不同有源阻尼参数对并联谐振抑制效果的影响。最后通过RT-LAB仿真验证了上述理论分析的正确性与抑制策略有效性。     

并联有源电力滤波器新型控制策略仿真研究

三相三线并联有源电力滤波器(APF)能够实时地补偿谐波电流和无功电流。控制器作为APF的核心部件,它的性能好坏直接影响到APF的补偿效果。而影响控制器动态性能的关键因素是控制算法。考虑到APF的数学模型在dq 坐标系下,是一个非线性耦合系统,首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦,构造出伪线性系统。然后,再运用变结构控制,设计出这个伪线性系统的变结构控制律。最后,建立了APF的仿真模型对其进行仿真试验。试验结果表明,基于此控制策略设计出APF的控制器能使有源滤波器具备良好的补偿效果。     

APF多机并联系统谐波谐振交互特性及抑制策略

为提高有源电力滤波器(APF)多机并联系统的运行可靠性,首先对APF多机并联系统构成的高阶电网络进行等效数值建模,推导得到APF间及其与电网间谐波交互的解析表达式,并将谐波交互特性分解为3类交互耦合系数。接着基于APF参数非一致性前提,分析系统谐振特性在不同并联数量下的演化趋势,提出一种基于准谐振控制的新型有源阻尼策略,在不额外增加传感器的前提下实现等效虚拟阻尼。最后,搭建APF双机并联系统实验平台,验证了所提方法的可行性和有效性。