外文翻译译文-电力电子在混合系统负载平衡补偿和频率选择性谐波抑制的应用

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 7 页电力电子在混合系统负载平衡补偿和频率选择性谐波抑制的应用尔罗，高级会员，IEEE；彭双建，吴传平，吴敬兵，帅智康，学生会员，IEEE摘 要所提出的电力电子混合系统是由一个可控电抗器（TCR）和谐振阻抗组成的混合型有源电力滤波器（RITHAPF）而用于功率平衡补偿及谐波电流抑制的系统。计算平衡点基于电压矢量的受控电纳，由可控 TCR 在负载均衡自然点完全补偿在工业现场不对称负荷引起的负序电流。由于滤波电感的阻抗存在，谐波电流通过其匹配的变压器，无源电力滤波器，混合型有源滤波器滤除。由于补偿电流与负载谐波电流和 TCR 的电流总和有 的延迟的事实而建立了半周期史密斯预测器。在混合有源滤波器的滤波性能方面，利用所提出的预测器和广义积分器，一个频率选择性的预测电流控制器被设计来完全消除相移的影响。应用仿真和工业应用的结果验证了以上理论分析。关键词：有源滤波器，广义积分，负序电流，电力电子，电力滤波器，电能质量，预测控制，功率控制，晶闸管。1 简介随着电力电子器件和这些相关的控制技术的发展，越来越多的电力电子设备已经被安装在网络里。然而，许多电力电子消费品，如电弧炉和整流器，因为这些特殊的运行特性，会引起严重的电压波动，负序电流，高阶谐波电流污染，低功率因数等。因此，很多专家都在注意改善这样的电能质量的问题。电能质量调节器，如静态无功补偿器（SVC）和有源电力滤波器（APF），局部补偿无功及谐波电流，可以有效地提高电压质量和功率因素且抑制谐波的污染。一般来说，静态无功补偿器由固定电容（FC）和可控电抗器（TCR）组成，它不仅可以稳定公共连接点的电压，也可以单独补偿由非对称载荷的负序电流引起相位。然而，可控 TCR 在动态运行中会产生谐波电流。尽管电容通常与电感被调谐到一系列的电流谐波，无源电力滤波器（PPFS）可以抑制有限的特征的由可控 TCR 产中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 2 页 共 7 页生的谐波电流，牺牲动态过滤性能而避免由可控 TCR 产生的谐波电流和电网之间的并联谐振。最近，有源滤波器已由于具有这种良好的过滤性能而得到迅速发展，但由于容量和电压等级的限制，这种电力电子装置被限制的应用在高压电网中。混合有源电力滤波器（HAPF）结合无源滤波和有源滤波器的优势，适合安装在中等电压的电网中，但这些只能弥补固定容量的功。静态无功发生器具有良好的动态功率调节性能。整合静态无功发生器是一种可能的电力电子混合体系（PEHS），它能建立动态补偿谐波电流和无功补偿。为了降低有源滤波器的额定容量，本文提出了一种谐振阻抗型混合有源电力滤波器（RITHAPF）它是一种交叉匹配变压器并联一个基波串联谐振电路（FSRC），它连接在一系列无源滤波器上。在此基础上，由一个由可控 TCR 和混合有源滤波器组成的系统进行负载平衡，反应无功功率补偿，高次谐波抑制。常规的比例积分（PI）控制器的直流增益无穷大，可以得到零稳态误差，可以使用来调节直流（DC）的电压或电流。然而，一个 PI 控制器用来控制交流可能会有稳态误差。基于内模原理，由于在谐振频率处的增益无限大，比例谐振（PR）控制器已被提出并用于交流参考电流跟踪而且实现零稳态误差，因此广泛的应用于脉冲宽度调制（PWM）变换器和有源电力滤波器。谐振频率是由一个二阶带通滤波器调谐到谐振的频率，这个频率是由一个广义积分器产生的正弦信号。因此，比例谐振（PR）控制器具有频率选择特性。由于计算，数字采样，和 PWM 脉冲的产生所引起的时间延迟都会影响系统的控制性能，许多预测电流控制器已被提出来并用于有限时间延迟控制装置的补偿。然而，采用史密斯预估器进行调整，相移的问题已经很少讨论了，除了专门讨论这方面的技术资料。在本论文中，采用相移产生的时间延迟是分析这种由两个系统参数和所需的补偿谐波电流频率所决定的。在这里，这种延迟是广义的电流延迟。根据其频率特性的预测电流控制器（FSPCC）是基于史密斯预估器和广义积分器而提出并且消除了电流的延迟。本论文的结构安排如下：该系统的配置在第二节中描述的，第三部分研究详细的控制机制，结果仿真及应用在第四节提到。2 系统配置中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 3 页 共 7 页图 1. PEHS 的配置图 2. PEHS 的控制图该系统的结构如图 1 所示，是由一个可控 TCR 和一个 RITHAPF 组成并连接于同一点而形成的系统。TCR 采用三角形连接并接在不对称非线性负载的附近。这RITHAPF 由一个有源电力滤波器和无源滤波器的串联混合系统。有源电力滤波器实质是一个电压源转换器（VSC），直流侧为大电容器，交流侧连接到一个滤波电感上。APF 的跨接于匹配的变压器与基波串联谐振电路上，它是接在无源滤波器一端之中。这种无源滤波器可以补偿固定容量电容功率，对应于静态无功发生器所发出的固定无功。因为基波谐振的基波串联谐振电路工作于谐振频率处，因此，中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 4 页 共 7 页无源滤波器主要功能是维持基本的在公共连接点的电压水平，而有源电力滤波器只承受谐波电压，减小了有源滤波器电力电子器件对电压水平要求，因此RITHAPF 可安装在中等电压电网，而且其初始投资将大大的减少。凭借其优良的结构特点，该 PEHS 是可以有效的动态的补偿不对称的无功功率，抑制可控 TCR 和非线性负载的负序电流负载和谐波电流产生。3 系统控制图 2 显示的控制机制由两个部分的构成。不平衡电纳的控制计算算法是控制TCR 产生的和 FSPCC 是用来控制 RITHAPF 的。A.TCR 控制在图 2 中，根据在公共连接点的相电压 (x =a, b,和 c)和荷载电流 进行 电压矢量变换计算，链接不平衡电纳计算并用于获得基于可控 TCR 可控电纳，然后，计算 TCR 触发延迟角并用于触发控制 TCR 的晶闸管。3.1 平衡补偿原理每一相的 TCR 控制电纳不能被直接测量，但是可以间接地用 和 计算出。, 补偿不对称负载的实质是可控 TCR 可以完全补偿基波负序电流部分和基波的虚部正序电流分量，以 A 相为例：其中 和 是 a 相线负载电流 的正负序分量的基本相量的形式，分别1 1+ 1地； 是 a 相 TCR 的电流的 正负序分量的基本相量的形式，分别地，1和 1+ 1是 a 相 PPF 和 FC 的电流 的正负序分量的基本相量的形式，分别地，1和 1+ 1Im*和 Re*表示相量变量的虚部和实部。由负荷和可控 TCR 在共同点连接点的谐波电压所引起谐波电流可以被忽略，可以在 RITHAPF 中考虑滤。假设 是对称的，的均方根值（RMS）是 。 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 5 页 共 7 页这 FC 是在对称 Y 连接使用的并用来补偿电容功率，且 是对称的；因此，也是对称的。此外， 的基波组成部分任是一个容性电流占主要成分的电流。 1其中 是 的基本组成部分，并且是由 所决定的。这 FC 额定容量是 。1+ 1 假定 （i=ab,bc, 和 ca）表示可控制的电纳。应用对称分量法和电路的导纳计算方程， ， 和 相关的方程表示为：1+ 1 由式（1）-（3），计算公式 的导出为：从（4）式， 可以通过计算从 提取 ， 和 ，下一节将 和 1+ 1 介绍如何获取这些项目。3.2 电压矢量变换：这 的瞬时形式可以表示为和 中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 6 页 共 7 页其中 在一个角频率 nw 时的正负序分量表示为 和 ，分别得，w 表示为 + 基波角频率。 从 abc 坐标系转换到 坐标系，和 其中根据（7）式，以下关于 的方程和正弦余弦信号的生成被表示为：此外，正序分量从 坐标系转换到 dq 坐标系：（8）带入（11）得，dq 坐标系下的电流表示为：中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 7 页 共 7 页从（12） 可以提取从 和 通过一个低通滤波器的基波正+和 + 序有功功率和功电流的直流分量：两项与三相之间的变换通过新的变换矩阵 C32 变换，同样，直流分量和基波负序功率电流可以计算为从（13）（14），计算所需的电纳可以得到这可控电导纳 能被计算出来通过（9）（15）带入（4）