三相有源电力滤波器设计及其谐波补偿控制研究.pdfVIP

摘要

随着近些年国家新能源方针的制定，秉承着“四个革命、一个合作”的能源安

全目标，将全面推进光伏、风电等再生能源的利用率，不仅有大规模新能源电站接

入，而且新能源汽车等用电设备提升了电网输出端的复杂性，功率电子转换设施在

生产生活中给电网注入了大量谐波污染。因此，能有效抑制谐波的有源电力滤波器

（ActivePowerFilter，APF）成为研究热点。

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本文研究对象是并联型T型三电平有源电力滤波器（LCL-3LTA）系统，因三

电平变换器可以输出电能质量高，并且开关管损耗分压低损耗更低，更适合进行并

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联滤除谐波的设计。由于LCL-3LTA系统需要满足保持谐波跟踪、中点电压平衡、

母线电压平衡等目标因素，这属于多控制目标寻优问题。近些年，在电力电子方向，

模型预测算法（ModelPredictiveControl，MPC）替代了传统复杂的控制方案，此

算法对多目标问题的寻优设计更简化，通过预测下一时刻的目标参考值进行跟踪，

具有快速的动态响应和寻优直接输出开关序列的优势。本文基于模型预测控制

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（MPC）策略应用在（LCL-3LTA）系统瞬态谐波响应和鲁棒性的能力，进行硬件

和算法改进，搭建面对电力系统强干扰下保持稳定并高效谐波抑制能力的APF系

统样机。

硬件设计中基于EMC相关理论，阻抗匹配、3W20H原则、桩线设计等，使底

层硬件面对电磁干扰具有稳定性。算法设计在基于MPC上，优化MPC控制的多

控制目标因素导致设计权重因子计算量过大控制滞后问题，提出时刻重排序的顺

序优化模型预测控制策略。因使用环境复杂和非线性瞬态性问题，结合无源化理论，

以能量耗散的角度控制APF系统内部的能量流动，提出基于PBC的重排序RSMPC

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策略来提升LCL-3LTA系统针对扰动的强鲁棒性。从硬件的改进和算法的创新，

设计强鲁棒性、补偿瞬态响应的并联型T型三电平有源电力滤波器。后续通过实

验验证加入脉冲性非线性负载，验证基于PBC的重排序RSMPC策略在面对外界

的强干扰的有效性。

关键词：T型三电平有源电力滤波器，顺序模型预测控制，EMC理论，时刻重排

序算法，无源控制

ABSTRACT

Withtheformulationofthenationalnewenergypolicyinrecentyears,adheringto

theenergysecuritygoaloffourrevolutionsandonecooperation,theutilizationrateof

photovoltaic,windpowerandotherrenewableenergywillbecomprehensivelypromoted.

Notonlylarge-scalenewenergypowerstationsareconnected,butalsonewenergy

vehiclesandotherelectricalequipmenthaveincreasedthecomplexityofthegridoutput.

Powerelectronicconversionfacilitieshaveinjectedalotofharmonicpollutionintothe

gridinproductionandlife.Therefore,activepowerfilter(APF),whichcaneffectively

suppressharmonics,hasbecomearesearchhotspot.

TheresearchobjectofthisthesisistheparallelT-typethree-levelactivepow