有源滤波器(APF)因为在滤除电网谐波方面具有优越的性能,受到广泛的关注。它具有反应灵敏、实时补偿的特点,解决了常规无源滤波器只能消除特定次谐波、极易与系统阻抗发生谐振的问题,成为近年来热门的研究。目前APF已经有多种类型的硬件电路结构和软件控制策略[4-9]。其中,在结构上采用并联、并联混合型有源滤波器居多,控制策略上滞环比较、三角波调制以及周期采样控制目前应用居多,各种创新型控制方式也在不断发展。
有源滤波器(APF)一方面在滤除低频段的谐波时具有优越的性能,但是另一方面,由于有源滤波器主电路结构采用了PWM逆变器,由于逆变器中的半导体器件在开通和关断时,会产生开关频率附近频次的纹波,并网后对公用电网会产生二次危害,不仅降低了APF本身的滤波效果,同时交流纹波电流注入电网中,会造成诸多危害,降低了电源的效率,同时纹波频次高引起的浪涌电压会引起尖峰电压、尖峰电流从而烧毁电器,引发事故。所以抑制APF主电路交流纹波电流对整个系统的滤波效果有着不可忽视的影响。
本文绪论部分介绍了APF的发展历程,概述了目前研究APF交流纹波电流抑制的特点,同时分析了目前研究亟待解决的问题。正文部分通过对比APF主电路并联电网时,常用输出滤波器(Output Filter,OF)的对比,分析LCL输出滤波器的优劣势,提出一种通过确定最优性能指标计算滤波器参数的新型凑试方法,并且引入了虚拟电阻补偿谐振三阶系统谐振时的阻抗缺失,最后在控制上,加入虚拟电阻产生的虚拟电流与采样电流形成闭环负反馈,从而形成了完整的滤波系统。
1.2 研究现状
1.3 目前研究存在的问题
目前,在输出滤波器的工程设计上,通常采用限制条件确定参数范围,并在满足条件的范围内,不断凑试,直至所选择参数能使其各个性能指标均满足要求。具体的说,首先通过电网电压畸变率,电容吸收无功功率(功率因数),以及高频电流含量的指标凑出电容电感参数大概的范围,接着,在满足范围的区域中来选择LCL输出滤波器的参数,并使其各个性能达到最优。过程方法简单,但是需要进行反复的凑试,凑试量大,同时设计结果顾此失彼,不能达到最优。
其次,在LCL输出滤波器的谐振峰问题的处理上,目前采用最广的仍然是引入电阻器件来补偿LCL滤波器三阶系统的谐振峰,但是这种方法,发热量大,成本高,导致延迟大,增益小,并不能够达到有效的补偿。
本文针对这两大问题进行了研究,在LCL输出滤波器设计方面提出了一种新型图解方法,折衷考虑各个性能后,直接从图中读出满足要求的参数。在三阶系统谐振峰方面,引入虚拟电阻,设计过程简单有效,易于操作。
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