一种高性能单相电网有源滤波器的设计

设计了一种高性能的单相电网有源滤波器。该有源滤波器主功率回路采用电压源型H桥逆变器,逆变器开关驱动信号为特定消谐PWM开关信号。控制回路采用PI电压跟踪控制,不需实时检测计算负载的无功电流和高次谐波电流,就可以实现同时补偿负载无功及高次谐波电流的需求。分析了滤波器的补偿特性和各主要单元电路的设计方法,实验结果证明该有源滤波器的有效性。     

一种LCCL滤波器及其在半桥电力有源滤波器中的应用

提出一种新型高阶电力滤波器,将其命名为LCCL滤波器。与传统的LCL滤波器相比,LCCL滤波器通过在网侧电感支路并联一个小电容,使网侧电感与并联电容在开关频率处发生并联谐振。谐振使LCCL滤波器网侧支路在开关频率处呈现无穷大的阻抗,相比LCL滤波器可以更好地抑制开关频率附近电网电流纹波,减小电网电流THD。与LLCL滤波器相比,LCCL滤波器具有较好的抑制参数变化的能力,在考虑电网内阻抗时,拥有更好的高频纹波抑制性能。同时,可以更容易地进行基于电容电流反馈有源阻尼的控制器设计。LCCL滤波器作为电压源型逆变器(VSI)与电网的接口,可应用于PWM整流器、有源电力滤波器(APF)和通用电能质量控制器(UPQC)等多种场合。通过以半桥APF为例,讨论了LCCL滤波器的参数选择方法和控制器设计。最后,通过仿真和实验验证了LCCL滤波器的可行性。     

新型混合有源电力滤波器的特性分析和控制方法

本文针对某变电站35kV高压侧存在谐波超标、无功不足的情况,研究了一种适用于高电压等级的大功率双谐振注入式混合有源电力滤波器。在分析了其拓扑结构的基础上,讨论了该滤波器的滤波性能特性、双谐振注入支路的无功补偿特性和其分压分流特性。为了增强整个系统的稳定性,提出了谐波电流双闭环控制策略,内环以逆变器输出电流为控制目标采用传统PI控制器;外环以电网谐波电流为控制目标,针对外环控制目标为非直流量的特性,提出了基于改进PSO-BP神经网络的递推积分PI控制方法,使用改进的PSO-BP神经网络来调整控制器的比例、积分系数,具有很好的稳态和动态性能。实例分析验证了本文研究内容的有效性和正确性。     

基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制

为了减小电网中非线性负载带来的谐波电流对电网质量的影响,针对基于H桥的有源滤波器装置中直流电容电压问题,提出一种新的控制方法。将控制模块分成模块均值电压控制器和直流母线电压控制器两个部分,通过调节每个H桥之间的有功功率交换和有源滤波器同电网间有功功率的交换来实现直流电容电压的平衡控制。利用该方法对八个单元H桥级联的并联型有源滤波装置进行Matlab/Simulink仿真,并基于FPGA+DSP实验平台搭建了三单元H桥级联样机。仿真和实验结果表明,基于级联多电平的有源滤波器直流侧电压平衡控制方法是有效和实用的。     

一种基于单位功率因数控制的有源电力滤波器

为解决谐波污染、改善电能质量,采用基于单位功率因数的控制方法,提出了一种只需检测系统侧电流及逆变器直流电容电压,而无需实时检测、计算负载谐波电流,直接控制系统侧电流为与电网电压同相的标准正弦波的控制方法,其补偿电流的控制策略采用比例积分控制和三角波调制。按照H桥逆变器的单极性脉宽调制的主电路研制了一台高性能的5kVA单相有源电力滤波器实验样机。理论分析、仿真及实验结果证明该有源电力滤波器可同时实现补偿负载无功及谐波电流,控制简单且具有良好的动态性能。     

适用于二极管钳位型三电平有源滤波器的母线电压数字控制方法

传统两电平有源电力滤波器(active power filter, APF)由干功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变换器得到了广泛的应用。对三电平APF进行研究,提出一种母线电压闭环数字控制策略。在同步旋转dq坐标系下,将三电平APF母线电压控制系统分为电压外环和电流内环2部分。在电压外环中,采用自适应滤波器求出直流侧电压平均值,采用PI控制器产生有功指令电流维持直流侧电压恒定。在电流内环中,针对三电平APF直流侧中点电位不平衡问题,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行仔细研究,提出一种简单的中点电压平衡控制策略,只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现APF中点电位平衡控制。实验结果表明了所提出算法的正确性和有效性。     

LCL滤波的三相并网逆变器电流双环控制策略

对于LCL滤波的三相并网型逆变器系统,电网电压畸变会增加网侧电流总谐波。针对该问题,分析了传统逆变侧电流单环控制策略无法有效抑制电网电压畸变对网侧电流的影响。为了增加网侧电流对电网电压畸变的抗扰性,提出了电流双环的控制策略。内环通过PI控制器实现对逆变侧电流的控制,外环通过PI+PR的控制方案完成对网侧电流的控制。通过推导系统的输出导纳的频率响应,分析了在提出方案下,网侧电流能够更有效地抑制网侧电压畸变的影响。仿真以及100kW样机的实验结果验证了该控制策略的有效性。     

新型谐振式混合有源滤波器的研究

为减小有源滤波器的容量,提出了一种新型混合有源滤波器的拓扑结构。其基本思想是:根据分流原理,适当控制有源部分来等效增大系统支路的谐波阻抗,提高无源滤波器的滤波效果;将有源部分与基波谐振电路并联来减小有源部分容量;合理地配置注入支路的参数,以保证滤波器具有较好的滤波能力和一定的无功补偿能力。仿真和实验结果证明了所提出的混合有源滤波器的可行性和正确性,所提出的拓扑结构消耗的有效材料少,体积小,占地面积小。     

新型复合神经网络控制的并联有源电力滤波器

为向用户提供高质量的电能,同时消除负载对供电系统的不利影响,提出了一种新的基于复合神经网络的并联有源电力滤波器(APF),并将其应用于配电系统的谐波治理中.采用复合神经网络组成APF提取控制回路,它分为补偿信号提取回路和逆变器控制回路两部分.前者确定电流中的谐波成分,后者通过对PWM逆变器的输入信号的调整使逆变器提供更精确的补偿.仿真结果表明,复合神经网络控制的有源电力滤波器能够显著降低供电系统中的畸变,且反应迅速,补偿精度高,效果稳定.     

并网发电和电力有源滤波的统一控制方法

根据并网逆变器和电力有源滤波器具有相同主电路结构的特点,提出了并网发电和电力有源滤波的统一控制方法.采用该方法的分布式电源同时具有并网逆变器和电力有源滤波器的功能,既可充分发挥分布式发电的优越性,又能大大改善电网的质量.通过理论分析、仿真和试验,验证了该方案的可行性.     

基于滤波电容电流补偿的并网逆变器控制

在并网逆变器中,LC滤波器因容易控制和具有良好的高频衰减特性而应用广泛。分析了输出滤波电容对采用LC滤波的并网逆变器并网电流幅值、相位和低次谐波的影响,提出一种采用滤波电容电流补偿和电网电压前馈的数字PI控制策略,给出了离散时间域下控制器参数的设计方法,并从电网谐波阻抗角度分析了控制器抑制电网电压扰动的能力。理论分析和实验证明,该方案能有效降低并网电流的谐波畸变率(THD),提高并网逆变器输出电能质量。     

一种串联型有源电力滤波器单周控制策略的建模与仿真研究

有源电力滤波器的单周控制方法是一简单、快速有效的控制方法。单周控制用于有源电力滤波器控制的研究,主要集中在并联型有源电力滤波器的控制中。笔者提出了一种基于电流源型变换器的单相串联型有源电力滤波器的单周控制方法。通过对主电路的分析,导出了用于串联型滤波器单周控制的数学模型,建立了单周控制关系。在理论分析的基础上,进行了仿真研究,结果验证了理论分析的正确性和可行性。     

适用于电气化铁路的单相注入式混合有源滤波器

提出了一种适用于电气化铁路的新型单相注入式混合有源滤波器。这种新型有源电力滤波器能够补偿一定的无功,注入支路通过添加基波谐振支路的方法大大降低了有源滤波器的容量,克服了电网基波电压对装置的影响。并详细分析了系统的滤波原理,提出了基于卡尔曼增益自调整的改进型动态谐波含量估计方法,能够快速准确的跟踪检测电网谐波电流,并且克服了电力机车等冲击性负荷引起的电网电压畸变对谐波检测精度的影响;提出了基于逆变器两侧能量平衡的电流控制方法使有源部分吸收或释放一定有功或无功功率及产生与注入支路回灌谐波电流相反的抑制电流,然后联合电网谐波电流跟踪控制以获得系统参考信号,保证了直流侧电压的稳定,提高了装置可靠性,增强了系统滤波性能。仿真和实验结果表明这种新型单相注入式混合有源电力滤波器可靠性较高,满足电气化铁路所带电力机车等冲击性负荷的要求,可获得良好的滤波效果。     

H桥三相5电平电压型变流器在有源滤波器中的应用

首先分析了载波相移SPWM(CPS-SPWM)技术原理和该技术在电压型多电平变流器中的应用,具体讨论了通过级联H桥实现变流器的技术方案;利用基于瞬时无功功率理论的自适应闭环检测方法,构建了有源电力滤波器(APF)装置.实验验证了将基于CPS-SPWM技术的级联H桥型多电平变流器应用于三相APF上,能在较低开关频率下实现非线性和感性负载引起的谐波及无功污染的补偿.     

A Robust Extended Complex Kalman Filter and Sliding-mode Control Based Shunt Active Power Filter

Abstract—This article presents the design of a new shunt active power filter that employs a modified robust extended complex Kalman filter approach with an exponential robust term embedded for reference current estimation together with a current controller based on the sliding-mode control concept. The robust extended complex Kalman filter exploits a new weighted exponential function to handle these grid perturbations to estimate the reference signal in shunt active power filter system. The current controller in the proposed shunt active power filter has been designed using a sliding-mode control strategy because of its ability to handle parameter uncertainties and ease in implementation. To test the effectiveness of the proposed shunt active power filter, extensive simulations were performed using MATLAB/Simulink (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA), and real-time studies were made using OPAL-RT (Montreal, Quebec, Canada). Results obtained from the above studies using the proposed shunt active power filter together with the different variants of Kalman filter (Kalman filter, extended Kalman filter, extended complex Kalman filter) are analyzed, and it is observed that the proposed robust extended complex Kalman filter-sliding-mode control based shunt active power filter provides accurate and improved harmonics mitigation and reactive power compensation.     

串联混合有源电力滤波器的新型控制方法

带基波电流旁路通道的串联混合有源电力滤波器为电网电流中的基波成分提供了一个无源通道,因而可以大大降低有源部分的容量.然而,原有的基于Pq理论的控制方法在负载或电网不平衡时,基波旁路通道和逆变器之间会发生基波谐振,使得逆变器仍然会流过大量的基波电流.逐相dq变换法可以完整地将基波或谐波检测出来.文中提出了基于逐相dq变换的控制方法,使得不论电网电压和负载电流是否平衡,基波旁路通道和逆变器之间均不会发生基波谐振现象,逆变器只需承担电网谐波电流和提供谐波电压,提高了系统的性价比.5 kW的模型试验证明了新方法的可行性.     

基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法

传统两电平有源电力滤波器(APF)由于功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变流器得到了广泛的研究和应用。本文研究一种基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法,通过推导分析,发现消除采样周期的延迟和对输出指令电流的预测是决定无差拍控制效果的关键。采用状态观测器,对APF下一拍输出电流进行估计,弥补了数字控制系统一个载波周期的延时;采用重复预测型观测器,对指令谐波电流进行预测,可以提供精确的谐波电流预测值,因而改善了整个系统的控制效果。实验结果证明了所提控制方法的可行性。     

一种LCL滤波器并网逆变电源准定频直接功率控制策略

针对传统逆变电源直接功率控制（DPC）开关频率不固定,导致系统输出滤波器设计困难,提出了一种LCL滤波器并网逆变电源准定频DPC策略。在传统并网逆变电源DPC的基础上,引入LCL输出滤波器,在低开关频率条件下实现了系统并网电流的低畸变,同时大大减小了并网总电感大小。对于LCL滤波器引入的高频谐振问题,引入了有源功率阻尼控制环节,保证了系统良好的稳定性和高并网性能。仿真试验结果表明,所提出的控制策略性能优良,在新能源并网发电领域有一定的应用参考价值。     

带有滤波电容电流补偿的风电并网逆变器控制

分析了并网逆变器的控制策略,采用电网电压矢量定向和d, q轴电流闭环控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。重点对输出滤波电容对并网电流相位的影响进行了分析,并对此提出了一种采用滤波电容电流补偿的方法。对比仿真结果表明,该补偿方法很好地消除了电网电压和并网电流的相位差。理论分析与仿真结果表明,带有滤波电容电流补偿的并网逆变器能够快速实现功率解耦控制,具有良好的动静态性能。     

基于模型预测的微电源逆变器控制

微电源逆变器的传统控制方法具有设计复杂、鲁棒性低等缺点,为了提高微电源逆变器的快速准确响应,提出将模型预测控制(model predictive control,MPC)引入逆变器。根据逆变器并网孤岛状态运行需求,设计了模型预测PQ控制方案和基于下垂特性的U/f模型预测控制方案,通过LC滤波器中电感和电容建立微分方程,推导出相应的数学预测模型,在并网运行时,控制逆变器输出电流跟踪由功率指令生成的参考电流;在孤岛运行时,控制逆变器跟踪功率控制器生成参考电压和频率。仿真表明,2种控制方案都实现了有效跟踪,并且相比于传统PI控制,系统响应速度快、超调小控制精度高。仿真证明了控制策略的可行性,使逆变系统达到了良好的控制效果。