多功能有源电力滤波器平滑切换控制策略研究.pdf

中图分类号： 单位代码：10425
学 号：Z13050362
多功能有源电力滤波器平滑切换控制策略研究
The Study on Smooth Switching Control Strategy of
Multifunction Active Power Filter
学科专业： 电气工程
研究方向： 电力系统及其自动化
作者姓名： 万纪博
指导教师： 张丽霞 副教授
二〇一五年六月
The Study on Smooth Switching Control Strategy of Multifunction
Active Power Filter
A Thesis Submitted for the Degree of Engineering Master
Candidate: Wan Jibo
Supervisor：Associate Prof. Zhang Lixia
College of Information & Control Engineering
China University of Petroleum (East China)
摘 要
近年来电力电子技术迅速发展，大量电力电子器件被应用于电力系统的发电设备和
用电设备，由此造成的谐波污染也日益严重，治理谐波问题迫在眉睫，有源电力滤波器
的研究日益受到重视；另一方面以太阳能、风能等为能量来源的微网发展迅速，其核心
结构正是逆变器。由于逆变器结构与有源滤波器相比仅在直流负载端不一样，如果把逆
变器和有源滤波器在同一套设备上实现可以大大降低成本，因而本文研究了具有有源滤
波与逆变这两种功能的多功能有源滤波器。
首先对传统有源滤波器进行了数学模型推导，对交流侧电流和直流侧电压采取电流
内环和电压外环的双闭环控制策略。由于直流侧电容电压在快速达到稳定的过程中会对
电网产生冲击，本文采取了给电容预充电使电压达到参考值的办法。
其次分别详细研究了含有储能系统的有源滤波器的并网和离网控制策略。在并网
时，使用改进的 PQ 控制策略，使得多功能有源滤波器既能补偿谐波和无功又能向电网
注入功率，实现并网时功率因数为 1。在离网控制时，对传统的电压频率控制和虚拟同
步发电机控制都进行了研究和分析。电压频率控制策略维持电压和频率恒定避免受负载
波动的影响，但对储能系统要求极高；虚拟同步发电机控制策略则可以根据负载动态调
整频率和电压，即在稳态时保持了下垂特性在过渡态时保持了同步发电机的机械惯性。
利用 Simulink 平台搭建模型，通过仿真实验论证了三种控制策略的有效性。
最后针对多功能有源滤波器在并网和离网之间的来回切换所产生的电压电流冲击，
本文分别研究了电压幅值跟踪、相位跟踪和电流跟踪控制策略。在电压幅值跟踪和相位
跟踪下，虚拟同步发电机具有了调压和二次调频的特性。相位跟踪中则注意到了传统相
位跟踪没有考虑到的相位在 0 和 2π附近的波动问题，本文据此提出了改进策略。相位差
先经过正弦环节再通过 PI 调节器，PI 调节器输出补偿频率，解决 0 和 2π附近波动问题。
针对系统切换时电压外环控制器输出的参考值与电流内环的电流值相差过大所造成的
冲击问题，采取了跟踪并网时的负载电流。通过仿真对控制策略进行了验证，仿真结果
表明了该无缝切换控制策略的正确性。
关键词：有源电力滤波器；PQ 控制；V/F 控制；虚拟同步发电机；无缝切换
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The Study on Smooth Switching Control Strategy of Multifunction
Active Power Filter
Wan