基于电压源和电流源串联的高压有源电力滤波器的研究

提出基于电压源与电流源串联的有源电力滤波器，电压源拟采用混合级联27电平的结构的逆变器，控制为一个电压源，产生基波电压与电网电压完全一致的电压，输出主要功率，使得与其串联的电流源（APF）容量大大减小，利用电流跟踪控制，APF产生无功和谐波电流，用于改善系统的综合性能。作为电压源的级联逆变器要求直流侧电压随电网波动，而作为电流源的APF直流侧电压要求恒定，由于串联，两者直流侧电压的控制将相互影响，因此对两者直流侧电压的解耦控制策略将是本项目研究的重要内容之一。为了减小大功率电力电子装置并网和解列对电网的不利影响，需要研究高压大容量有源电力滤波器柔性并网与柔性解列的控制策略；为了提高系统的安全性可靠性和稳定性，需要研究高压配电网电压大幅度波动时控制电压源级联逆变器输出与电网电压同步波动的控制策略，从而可以使APF不会过压。项目研究以理论分析和实验验证相结合的方式进行。

有源电力滤波器（active power filter, APF）在滤除电流谐波、提高电能质量方面相对于无源滤波器有着动态、实时、连续的显著优势，同时不受电网元件的影响。低压有源电力滤波器的研究相对成熟，高压APF和低压APF相比，其研究的侧重点不在于谐波和无功检测方法，更多的是拓扑结构和控制算法。高压大容量APF的拓扑结构和控制算法有待改善。.本研究针对高压有源电力滤波器在高压电网谐波治理时，对于高压大容量和高开关频率两者不可兼得的缺陷，对比其他高压APF的拓扑结构，采用一种混合级联多电平拓扑结构，可以提高输出功率等级和开关频率，提高补偿效果。.由于新型混合级联多电平拓扑结构中输出采用变压器隔离，变压器是普通的工频变压器，能够输出足够高的功率，同时变压器的原副边变比不同可以实现H桥单元输出电压的升压，实现与高压电网直接并联方式运行。.该新型混合级联多电平拓扑结构由可以分别等效为电压源与电流源的两部分串联组成：电流源部分为传统的PWM变换器，由DSP负责完成谐波和无功电流的检测与跟踪；电压源部分由3个H桥逆变器级联构成，由FPGA负责计算与发出27电平电压的驱动信号，其输出电压的基波分量可以抵消电网电压，因此电流源部分的PWM变换器交流侧承受的电压很低，从而可以提高PWM变换器的开关频率，谐波抑制的效果更好。其控制策略简单，易于实现。.该有源电力滤波器采用一种结合SM与PWM技术的新的PSM调制技术，简化了对于级联多电平变换器输出电平数较多的情况下的调制过程。.本研究将这种新的混合级联多电平拓扑结构应用在有源电力滤波器中，新的拓扑结构将电压源和电流源分开控制，补偿完全由电流源完成，同时电压源输出数量众多且台阶足够高的电平电压使电流源工作在低压环境中，改善了补偿效果，解决了有源电力滤波器高压并网的问题。在仿真和实验的基础之上，验证了拓扑结构的有效性。