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基于DC-APF改善直流微网电能质量研究

基于DC-APF改善直流微网电能质量研究

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作者：田晋河北科技大学

学位级别：硕士

当前我国经济持续稳定发展,工业化进程稳步推进,电力需求日益增长。许多电力电子设备在运行中会对电网注入谐波,与交流电网相连的直流微电网也会受到纹波影响,纹波污染导致直流微电网电能质量下降,对电力系统及供电设备安全运行造成影... 详细信息

当前我国经济持续稳定发展,工业化进程稳步推进,电力需求日益增长。许多电力电子设备在运行中会对电网注入谐波,与交流电网相连的直流微电网也会受到纹波影响,纹波污染导致直流微电网电能质量下降,对电力系统及供电设备安全运行造成影响。此外,与直流微电网相连的交流系统,可能出现无功不足的问题进而影响直流微电网母线电压。通过直流有源滤波器(DC active power filter,DC-APF)对直流微网纹波抑制的同时,考虑将直流微网中的储能系统与DC-APF组合成新型装置,通过新型组合装置对与直流微网相连的交流侧进行无功补偿,提高储能系统利用率,实现新型组合装置无功补偿功能具有一定研究意义。首先通过分析非线性元件、负荷三相不平衡、交流侧电源三相不平衡以及电动汽车入网充电四种纹波源对直流微电网产生的纹波特性,得出不同纹波源在交流侧产生奇次谐波,直流侧产生偶次纹波的结论。同时分析交流侧无功不足可能会造成直流微网母线电压降低的问题,甚至造成低电压保护误动作,影响系统正常运行。因此提出通过直流微网的储能系统反向补偿交流侧无功的方法。其次针对非线性元件造成直流微电网纹波污染问题,提出通过DC-APF进行纹波抑制。经过对比DC-APF拓扑结构,选择H桥型DC-APF,并进行相关参数计算。提出基于数字滤波器的纹波提取策略,以及基于双幂次趋近律滑模控制的DC-APF电流跟踪控制策略,并进行相关系统稳定性证明。通过仿真对所设计的DC-APF进行纹波抑制效果验证,与PI控制和传统滑模控制进行对比,验证本文所提出的控制策略在收敛时间、降低抖振和纹波抑制效果方面更具优势。最后针对与直流微电网相连的交流侧存在无功缺额影响直流微网电能质量问题,提出通过控制新型组合装置维持直流微网电压,最终实现新型组合装置反向补偿交流侧无功的方法。在基于双幂次趋近律滑模控制的研究基础上,提出组合幂次趋近律用于提高新型组合装置控制器稳定性。最后通过仿真设计,当交流侧存在无功负载时,新型组合装置可以补偿相应的无功功率,稳定直流微网母线电压,验证了新型组合装置反向交流侧间接无功补偿的可行性,实现了新型组合装置无功补偿功能,可有效提升直流微电网电能质量。

关键词：直流微电网幂次趋近律滑模控制直流有源电力滤波器无功补偿新型组合装置

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