中压CS-APF双滞环容错控制技术的研究

Active power filter has been successful in low voltage system. But there are still many problems in the medium-voltage and large-capacity systems. Because of the advantages, such as Larger capacity, lower switching frequency and so on, Cascade shunt active power filter（CS-APF）is very suitable for the medium-voltage and large-capacity systems. However, there are still some defects in CS-APF, such as larger probability of failure. So far, no Literature about fault-tolerant control technology on CS-APF has been found at home and abroad. During the research methods of field investigation, theoretical analysis, simulation, experiment and reliability analysis, this project presents a novel double hysteresis fault-tolerant current control method for CS-APF based on voltage space vector. Under non-fault conditions, The new method which utilizes output voltage of the inverter and its effect on current error to reduce the current error, will give priority to the fast response when the current error is larger, and to the accuracy response when the current error is smaller. Under fault conditions, make full use of the redundant voltage vector and regular coincidence of location features, choose the best non-fault voltage vector as an equivalent alternative, so the output current can accurately track the given value under fault conditions. This method does not need to add additional hardware, and can be extended to arbitrary order in the CS-APF. It will improve the reliability of the medium voltage active power filter.

有源电力滤波器已经在低压领域成功应用，但在中压大容量场合还不够成熟。级联式并联有源电力滤波器（CS-APF）具有容量大、开关频率低等优点，非常适合中压大容量场合。然而CS-APF还存在一些关键性问题，例如级联电路的故障几率较大等。国内外对于CS-APF的容错控制尚未有比较系统的研究。因此项目采用现场考察、理论分析、仿真建模、实验验证和可靠性分析相结合的研究方法，研究一种基于电压空间矢量法的中压CS-APF双滞环容错型电流控制方法。非故障状态下，当电流误差较大时主要考虑电流跟踪的快速性，电流误差较小时主要考虑精确性；故障状态下，充分利用级联逆变器冗余电压矢量多，且位置经常重合的特性，选择最优的非故障电压矢量尽可能等效的替代故障电压矢量，使输出电流能在故障状态下较准确的跟踪给定值。该法不需要增加附加的硬件冗余资源，并可以推广至任意阶CS-APF中去，能够显著提高中压有源电力滤波器的工作可靠性。

项目提出了一种基于电压空间矢量法的中压级联式并联型有源电力滤波器(简称CS-APF)双滞环容错控制方法。该方法利用冗余电压矢量“等效替代”的策略实现容错控制，因而不需要增加附加的硬件冗余资源，并可以推广至任意阶CS-APF中去，能够显著提高中压APF的工作可靠性。.为了实现APF容错控制技术，项目首先从APF的谐波检测算法和电流跟踪控制算法2个角度进行了研究。.谐波检测算法方面，对指定次谐波检测方法进行了研究，为实现选择性谐波补偿奠定了基础，并通过加入相位补偿角，降低数字系统的延时；研究了一种改进的变步长自适应谐波电流检测方法，提高算法的实时性。.电流跟踪控制算法方面进行了以下几方面的研究和尝试：研究了基于滞环SVPWM和直接功率控制的APF容错控制方法；通过预测控制的方式实现了选择性谐波补偿，并通过相位补偿和预测控制的方式降低系统延时的影响；研究了一种APF并网滤波器RC并联LCL无源增阻尼新方法。 .在上述关于谐波检测算法和电流跟踪控制算法研究的基础上，项目最终提出了基于电压空间矢量法的中压CS-APF双滞环容错控制方法，申请了发明专利并获授权。当级联式并联有源电力滤波器的某个或几个级联单元发生故障时，会引起该相电平个数减少；此时，首先短接故障单元，并利用级联逆变器冗余电压矢量多，且很多电压矢量位置重合的特性，选择合理的非故障电压矢量替换故障电压矢量，即选择位置重合或效果相近的非故障矢量进行替代，并给出了具体的电压矢量替代表；在电压矢量替代的过程中，首先选择位置重合的非故障矢量，如果所有位置重合的电压矢量都为故障电压矢量，则选择位置和效果与其最相近的其它非故障矢量进行替代，使CS-APF的输出电流能在故障状态下仍能够较准确的跟踪参考值。.在项目的执行期内，与本项目相关的成果有：申请和项目相关的发明专利3项，授权2项；获得辽宁省自然科学学术成果奖二等奖1次；发表相关学术论文13篇，其中EI源期刊4篇；项目执行期间，项目负责人入选辽宁省百千万人才工程“万层”人选。