新型大功率串联谐振注入式混合有源滤波器的研究

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1、摘要本论文以变电站的谐波治理为研究目标，以本文提出的新型串联谐振注入式混合有源滤波器SRITHAF(seriesresonantinjectiontypehybridactivefilter)的理论和工程应用为主线，研究的主要内容包括SRITHAF的拓扑结构和原理、输出滤波器的性能分析及参数优化、缓冲电路的性能分析及参数优化、电流跟踪控制方法和工程实现等几个方面。针对变电站不仅需要治理谐波，同时需要提供一定容量的无功功率的要求，通过对现有有源滤波器的分析，本论文提出了一种新型串联谐振注入式混合有源滤波器SRITHA

2、F。其原理是，SRITHAF的有源部分等效于在电网支路中串联了一个谐波阻抗，该谐波阻抗对基波电流不起作用，而对谐波电流产生很大阻碍作用，迫使谐波电流流入无源滤波器，从而达到滤除谐波的目的。SRITHAt：不仅能够有效地滤除无源滤波器组谐振频率的谐波电流，而且还可以对非无源滤波器组谐振频率的谐波电流有一定的滤除能力。同时SRITHAF还充分利用了无源滤波器的无功补偿功能，在不增加有源部分容量的前提下，可以提供一定容量的无功功率。由于SRITHAF有源邦分承受的电网基波电压不大，也没有基波电流流入，因此逆变器容量小，初

3、期投资较小。此外，在电网阻抗变化和无源滤波器失谐的情况下SRJT心蟠仍具有良好的补偿特性以及抑制系统串、并联谐振的能力。现有的输出滤波器设计大多依赖工程经验选取，易导致逆变器的工作效率不高，进而影响系统补偿能力的缺点。本文针对现有设计方法的缺点，提出了一种输出滤波器参数遗传优化设计的方法。该方法分析了输出滤波器对大功率有源滤波系统滤波性能的影响，并在此基础上综合考虑了输出滤波器的输出性能、滤波性能和功耗散热等要求，建立了优化设计的数学模型，然后利用遗传算法进行寻优获得优化参数。优化后的输出滤波器不仅能有效地滤除开关

4、谐波，而且对逆变器输出的补偿谐波衰减很小，提高了逆变器的工作效率，进而增强了有源滤波器的补偿能力，同时输出滤波器的功耗较小。在分析缓冲电路工作过程的基础上，得到功率开关器件关断尖峰的理论计算公式，提出了基于模糊优化算法的缓冲电路多目标优化设计方法。该方法较全面地考虑了关断尖峰电压、成本和市场上可供选择的元器件型号等问题，以关断尖峰电压最小和成本最低为目标，利用模糊优摘要化算法并行搜索最优参数使得缓冲电路的综合性能最佳。此外，优化后的缓冲电路不需要缓冲二极管的串并联来实现，便于工程应用。从有源滤波器输出电流的跟踪速度

5、、跟踪精度和开关谐波三个方面，对常用的几种电流跟踪控制方法进行了分析，指出了它们的优缺点，并提出了一种基于改进型单神经元参数自调整的递推积分PI控制方法。针对控制参考信号为周期量这一特征，本文提出了递推积分PI控制算法，消除了系统的稳态误差。并且提出了一种基于改进型单神经元的参数自调整策略，利用模糊推理和自学习算法分时段在线调整控制器参数。这种调整策略将控制器参数看作由单神经元的比例系数和加权系数两部分组成，在误差较大时采用模糊推理在线调整单神经元的比例系数，用以提高系统的跟踪速度，在误差较小时采用自学习算法调整单

6、神经元的加权系数，用以提高系统的鲁棒性和自适应能力。并且利用积分最小二乘指标将系统模型降阶，再根据Routh判据确定控制器参数的调整范围，保证了系统的稳定性。此外，由于这种方法采用三角波脉宽调制方式，逆变器产生的开关谐波较容易滤除。在对变电站谐波治理方法进行理论研究的基础上，本论文最后提出了基于SRITHAF的滤波系统的工程实现方案。系统采用上、下位机结构，电流跟踪控制采用下位机(TMS320LF2407)实现；对电网和SR』T}L虹滤波器的监控以及一些电流跟踪控制器参数的设置由上位机(工控机)实现。采用这种结构，

7、既能保证谐波滤除的实时性，又能对电网和SRITHAF滤波器的工作情况较全面的把握，为变电站谐波治理和电网安全运行提供必要的信息支持，而且能方便现场调试。关键词：串联谐振注入式混合有源滤波器输出滤波器遗传优化缓冲电路模糊优化递推积分算法改进型单神经元参数自调整中南大学博士学位论文ABSTRACTThisdissertationiSfocusedonSR【THAF—seriesresonantinjectiontypehybridactivefilter,anoveldeviceforsubstationharmoni

8、celimination．Thestudymainlyincludesthenewtopology,thedesignoptimizationofoutputfilterandsnubber,thecontrolmethodandtheimplementationofSRITHAF．Throughtheanalysisandcomparisonoftheex