基于三次谐波注入及lcl滤波器的三相并联型有源电力滤波器的研制

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1、博士学位论文基于三次谐波注入及LCL滤波器的三相并联型有源电力滤波器的研制作者姓名田新良学科专业电力电子与电力传动指导教师杨苹教授所在学院电力学院论文提交日期2014年6月10日DevelopmentofThree-PhaseShuntActivePowerFilterwithThirdHarmonicInjectionandLCLFilterADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyCandidate：TianXinliangSupervisor：Pro

2、f.YangPingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TM46学校代号：10561学号：201010102344华南理工大学博士学位论文基于三次谐波注入及LCL滤波器的三相并联型有源电力滤波器的研制作者姓名：田新良指导教师姓名、职称：杨苹教授申请学位级别：工学博士学科专业名称：电力电子与电力传动研究方向：电力电子装置与系统论文提交日期：2014年6月10日论文答辩日期：2014年12月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：陈皓

3、勇康龙云舒杰张勇军杨苹郭红霞主席：陈皓勇委员：康龙云舒杰张勇军杨苹摘要随着大量非线性负载接入配电网，谐波污染问题日益严重。从现有的研究成果及实际应用来看，三相并联型有源电力滤波器(ShuntActivePowerFilters,SAPF)是治理配电网谐波污染的有效手段。欧美已广泛应用，国内在SAPF拓扑设计、谐波检测、电流控制技术等方面取得了良好进展，而对产业化关键问题（散热、电磁兼容、绝缘耐压、成本体积、安全稳定性等）的理论研究不够深入。作为国家高技术研究发展计划项目（863计划）资助课题“基于分布式能源的用户侧智能电

4、网关键技术研究与集成示范”的电能质量控制部分，基于低压有源电力滤波装置的行业标准JB/T11067-2011（JB067），本文对三相SAPF产业化关键问题展开系统而深入的理论研究，通过拓扑结构、电流控制策略、测量误差校正方法及保护系统的创新与完善，研制一款稳定、实用、高性价比的三相并联型有源滤波装置。主要研究内容及成果包括：1）拓扑设计方面：提出一种申请了发明专利的基于三次谐波注入的LCL有源电力滤波器拓扑，该拓扑在LCL滤波器的基础上，利用空间矢量法对PWM波进行调制而产生的三次谐波电压作为三次谐波电压源，通过并联电

5、容器组注入电网，构建了三次谐波电压及零序电流注入回路，相对传统拓扑，提高了直流侧电压利用率，减少了功率模块发热，克服了传统拓扑无法提供零序电流泄放通道而使装置本身成为电网三相不平衡负载的不足，改进了装置的电磁兼容及绝缘耐压性能。2）电流控制方面：利用电网谐波电流周期性重复出现的特性，设计了一种基于误差预测算子的周期重复控制，实现了系统的无差拍控制，避免了常规基于瞬时值反馈的无差拍控制很难用统一数学模型对谐波电流进行描述而影响稳态精度的不足。同时，对周期重复控制进行了改进，提出一种基于正弦算子的半周重复控制(Half-Pe

6、riodRepetitiveController,HPRC)，减小了重复控制延时，提高了系统动态性能。3）测量误差校正方面：提出一种消除测量误差的稳态校正法(Steady-StateCorrection,SSC)，该方法在不增加成本的情况下消除测量误差，提高控制精度。本文在分析测量误差对控制系统的影响的基础上，推导并设计了可消除测量误差的稳态校正环节，并将该方法应用在有源电力滤波器中（获得发明专利授权），克服了传统方法通过选用昂贵的精密电子器件检测谐波电流来减少测量误差的不足，为高精度、低成本有源电力滤波器的产品化实现提

7、供了有效途径。4）保护系统方面：深入研究了针对三相SAPF装置本体的保护措施及针对运行过程I中特殊状态下的保护措施，对关键故障采用了硬件保护加软件保护的冗余设计方案，并设计了采用一个限流电阻的改进型预充电电路实现系统预充电，为装置的安全稳定运行提供了保障。在理论研究和关键技术突破的基础上，本课题组与某大型上市公司合作，完成了60KVA试验样机与工业样机的研制，仿真与厂测结果证明，该样机的整体性能符合JB067标准，关键技术指标达到国际知名品牌的水平，可以在863示范项目中试运行，为最终装置的规模产业化奠定了工程化的基础。

8、关键词：有源电力滤波器；三次谐波注入；半周重复控制；消除测量误差；保护系统IIAbstractWithalargenumberofnonlinearloadsaccessedtopowergrid,theproblemofharmonicpollutionisincreasinglymoreserious.Three