谐波和无功是电力系统中电能质量的两个重要指标,因电力电子设备的大量应用,谐波问题和无功问题日益严重,造成电网功率损失加大和设备故障事故频发,给电网的安全稳定运行带来严重危害。因此,由能快速连续补偿谐波无功的有源电力滤波器(APF)和具有无功补偿容量大且成本低的晶闸管投切电容器(TSC)组成的混合补偿系统(Hybrid system of TSC and APF,TAPF),在电能质量治理中得到较广泛的应用。但TAPF系统也存在着谐振等问题,影响谐波补偿效果和系统稳定性。本文以TAPF系统为研究对象,分析了TAPF系统在治理谐波无功的过程中存在的谐振问题,以及谐振对系统稳定性的影响,研究了已有的抑制系统谐振的控制方法并分析了其局限性,然后在此基础上提出改进的方法,确保系统的稳定性。具体的工作如下:首先,建立了TAPF系统的数学模型,分析了谐波电流闭环控制中谐振存在的原理,分别画出了不同谐振频率情况下和不同电流控制器比例增益系数情况下,电网谐波电流分别相对于负载谐波电流和电网谐波电压的幅频特性响应图,以及谐波电流控制器开环传递函数伯德图,由此分析这两个因素对谐波补偿能力和系统稳定性的影响。然后,研究了基于PCC点电压比例反馈的谐振抑制方法,分析了该方法能抑制谐振的物理原理,并基于TAPF系统分析得出,基于PCC点电压比例反馈的谐振阻尼范围较小,且因为虚拟电抗的并存和电网阻抗自身的波动性,使得系统仍会出现谐振问题。接着,针对上述问题,本文提出了一种可全频段(即在系统采样频率范围内)进行谐振阻尼的PCC点电压反馈控制方法,增大了谐振阻尼范围,提高了系统稳定性。最后,搭建了一台TAPF实验平台,一一介绍了实验平台的硬件选型、关键参数设计、控制电路设计和关键控制算法及软件设计,并在实验平台上对所提谐振抑制方法的有效性进行实验验证。
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