大容量并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)是解决目前电网中日益突出的谐波问题的主要手段。传统的APF装置补偿容量较小,难以满足大容量工业现场的应用。本文基于双模块并联思想设计了一台补偿容量为526kVA/380V的...
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大容量并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)是解决目前电网中日益突出的谐波问题的主要手段。传统的APF装置补偿容量较小,难以满足大容量工业现场的应用。本文基于双模块并联思想设计了一台补偿容量为526kVA/380V的三相三线并联型APF装置,并对其关键技术问题进行了探讨。
本文首先概述了电网谐波产生的原因、谐波的危害及治理途径。然后介绍了并联型有源电力滤波器的原理及主电路拓扑结构。由于主功率器件容量、开关频率、热设计以及成本等方面的限制,本文采用双APF模块并联的方案来实现单台APF装置容量的扩增。研究了双模块并联型APF装置的主电路拓扑结构,介绍并分析比较了目前常用的几种方案,最终选择双模块双闭环独立直流母线拓扑结构作为本装置的主电路结构。
其次针对大容量APF装置对主功率电路的特殊要求,研究了LCL滤波器的参数设计方法和基于PEBB(Power Electronics Building Block)概念的功率单元的设计方案。提出了一种基于精确负载电流变化率模型的滤波电感设计方法。研究了IGBT并联时的静态均流、动态均流问题并进行了实验验证。为了降低IGBT的关断过电压以及抑制由其带来的EMI问题,设计了一款叠层平面母线,并通过实验验证了关断尖峰抑制效果。
再次在并联型有源电力滤波器数学模型的基础上研究了大容量APF装置高稳态精度电流环控制策略。分析和仿真验证了单纯比例积分(PI)控制并不能满足APF高精度补偿的要求。将重复控制引入电流控制环,实现对谐波指令信号的零静差跟踪,但其固有的延时特性限制了系统的动态响应速度。为了兼顾动态性能和稳态精度的要求,本文设计了PI内环和重复控制外环的双环控制策略,并通过仿真和实验验证了谐波补偿效果。
最后对直流侧电压控制方案及直流侧软启动方法进行了研究。
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