混合級聯多電平有源電力濾波器及其複合套用研究

《混合級聯多電平有源電力濾波器及其複合套用研究》是依託西安交通大學，由何英傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：混合級聯多電平有源電力濾波器及其複合套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何英傑
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

本項目以混合級聯多電平APF 為研究對象，探索找出一種最佳化可行性的混合級聯多電平APF 拓撲結構，針對中高壓不同電壓等級，能很方便搭建相應主電路；基於分級模型研究建立包含控制裝置的穩態、暫態模型，分析整個APF 的穩定性和動態特性；研究該裝置在單作APF和同時作為分散式發電系統併網逆變器兩種情況下，最佳化的控制方法和混合調製策略。通過本項目的深入研究，對解決中高壓大容量配電系統諧波污染問題，增強我國中高壓大容量有源電力濾波器的自主創新能力，縮小與國外同領域的研究差距，具有巨大的經濟和社會效益。並研究混合多電平變流器同時實現諧波治理和分散式發電功能, 充分發揮混合多電平拓撲的優勢，提高裝置利用率，具有十分重要的理論意義和很有價值的套用前景。

結題摘要

本項目以混合級聯多電平APF 為研究對象，探索找出一種最佳化可行性的混合級聯多電平APF 拓撲結構，針對中高壓不同電壓等級，能很方便搭建相應主電路；本研究給出了針對中高壓不同電壓等級，分別用直流側電壓不同的H橋串聯和不同拓撲單元串聯構成的混合串聯多電平結構構成APF主電路的設計步驟，通過設計實例詳細的給出了每一步的設計過程。基於分級模型研究建立包含控制裝置的穩態、暫態模型，分析整個APF 的穩定性和動態特性；針對串聯多電平APF直流側電壓和輸出電流控制的複雜性，本項目分別建立了總直流側電壓控制、三相相間直流側電壓均衡控制以及每相各串聯模組直流側電壓均衡控制和輸出電流控制的數學模型。這些模型同時適用於混合串聯結構，為控制時調節器的設計提供了理論基礎。從直流側電容充放電與變流器開關狀態間的相互關係出發，給出了串聯多電平APF開關狀態變化量與直流側電容充放電量之間的關係。提出了一種串聯多電平電能質量控制器直流母線電壓三層控制體系：總的有功功率控制，三相之間直流母線電壓的均衡控制，每相內部各個模組直流側電壓的均衡控制。對串聯高低壓H橋的混合多電平電能質量控制器直流母線控制進行研究，提出一種母線電壓控制方法。對比分析三種APF電流控制方法：離散PI控制、預測控制以及重複控制。離散PI控制最為簡單，但補償效果最差；預測控制相比離散PI控制穩態效果有明顯改善，重複預測法有較好的穩態、動態性能；重複控制加PI控制的複合方法穩態效果最好。本項目對基於NPC H橋模組的多電平APF在高頻開斷和基波開斷下的中點平衡問題進行研究，通過零電平對中點電位影響進行分析，利用對稱性和冗餘性來改變不同橋臂間的零電平的分配來達到對中點電位控制。對基於不對稱五電平H橋模組的多電平APF中點問題進行研究，提出在中點注入直流電流對其進行控制。對混合H橋模組構成的分散式發電系統進行研究，設計一種合理的調製策略處理模組間的功率分配。通過線上計算基波開斷下的方波基波分量，生成所需三電平，所產生諧波通過高頻模組進行補償。通過本項目的深入研究，對解決中高壓大容量配電系統諧波污染問題，增強我國中高壓大容量有源電力濾波器的自主創新能力，縮小與國外同領域的研究差距，具有巨大的經濟和社會效益。並研究混合多電平變流器同時實現分散式發電功能, 充分發揮混合多電平拓撲優勢，提高裝置利用率，具有十分重要的理論意義和很有價值的套用前景。