混合级联多电平有源电力滤波器及其复合应用研究

本项目以混合级联多电平APF 为研究对象，探索找出一种优化可行性的混合级联多电平APF 拓扑结构，针对中高压不同电压等级，能很方便搭建相应主电路；基于分级模型研究建立包含控制装置的稳态、暂态模型，分析整个APF 的稳定性和动态特性；研究该装置在单作APF和同时作为分布式发电系统并网逆变器两种情况下，优化的控制方法和混合调制策略。通过本项目的深入研究，对解决中高压大容量配电系统谐波污染问题，增强我国中高压大容量有源电力滤波器的自主创新能力，缩小与国外同领域的研究差距，具有巨大的经济和社会效益。并研究混合多电平变流器同时实现谐波治理和分布式发电功能, 充分发挥混合多电平拓扑的优势，提高装置利用率，具有十分重要的理论意义和很有价值的应用前景。

本项目以混合级联多电平APF 为研究对象，探索找出一种优化可行性的混合级联多电平APF 拓扑结构，针对中高压不同电压等级，能很方便搭建相应主电路；本研究给出了针对中高压不同电压等级，分别用直流侧电压不同的H桥串联和不同拓扑单元串联构成的混合串联多电平结构构成APF主电路的设计步骤，通过设计实例详细的给出了每一步的设计过程。基于分级模型研究建立包含控制装置的稳态、暂态模型，分析整个APF 的稳定性和动态特性；针对串联多电平APF直流侧电压和输出电流控制的复杂性，本项目分别建立了总直流侧电压控制、三相相间直流侧电压均衡控制以及每相各串联模块直流侧电压均衡控制和输出电流控制的数学模型。这些模型同时适用于混合串联结构，为控制时调节器的设计提供了理论基础。从直流侧电容充放电与变流器开关状态间的相互关系出发，给出了串联多电平APF开关状态变化量与直流侧电容充放电量之间的关系。提出了一种串联多电平电能质量控制器直流母线电压三层控制体系：总的有功功率控制，三相之间直流母线电压的均衡控制，每相内部各个模块直流侧电压的均衡控制。对串联高低压H桥的混合多电平电能质量控制器直流母线控制进行研究，提出一种母线电压控制方法。对比分析三种APF电流控制方法：离散PI控制、预测控制以及重复控制。离散PI控制最为简单，但补偿效果最差；预测控制相比离散PI控制稳态效果有明显改善，重复预测法有较好的稳态、动态性能；重复控制加PI控制的复合方法稳态效果最好。本项目对基于NPC H桥模块的多电平APF在高频开断和基波开断下的中点平衡问题进行研究，通过零电平对中点电位影响进行分析，利用对称性和冗余性来改变不同桥臂间的零电平的分配来达到对中点电位控制。对基于不对称五电平H桥模块的多电平APF中点问题进行研究，提出在中点注入直流电流对其进行控制。对混合H桥模块构成的分布式发电系统进行研究，设计一种合理的调制策略处理模块间的功率分配。通过在线计算基波开断下的方波基波分量，生成所需三电平，所产生谐波通过高频模块进行补偿。通过本项目的深入研究，对解决中高压大容量配电系统谐波污染问题，增强我国中高压大容量有源电力滤波器的自主创新能力，缩小与国外同领域的研究差距，具有巨大的经济和社会效益。并研究混合多电平变流器同时实现分布式发电功能, 充分发挥混合多电平拓扑优势，提高装置利用率，具有十分重要的理论意义和很有价值的应用前景。