基于低压配电网的背景谐波隔离器研究与实现

摘要

随着现代工业技术的发展，诸多基于电力电子技术的非线性负荷应用到低压配电网当中，在提高电能使用效率的同时也向配电网中注入了大量谐波，导致电气环境受到谐波污染，影响用电安全。尤其在城市电网中随着家用电器的自动化程度日益提高，对电能质量提出了更高的要求。
　　针对配电网中背景谐波和不平衡负载引发的电能质量下降问题，依托国网科技项目开发了一套具有处理负载不平衡能力的背景谐波隔离（BHI）装置，能较好改善居民小区的电能质量问题。本文首先介绍了低压配电网中谐波的产生、危害和治理措施。然后选择了BHI的主电路结构—背靠背式拓扑结构，其中整流侧采用三相三桥臂，逆变侧采用三相四桥臂，并搭建了相应的数学模型。在对比了整流侧常用的几种控制方法的基础上，决定采用基于dq坐标变换的电压前馈解耦控制策略，不仅有效隔离了网侧背景谐波，而且为逆变侧提供了稳定的直流电压。为较好的处理负载不平衡问题，逆变侧在基于对称分量法分序控制的基础上，给出一种基于复系数滤波器的正负序电压外环同步控制的分序控制策略，该方法一方面能提高正负序分量的分离精度，另一方面能降低负载不平衡引起的电压畸变，实现负载电压正弦化输出，提高配电网供电质量；为有效降低零序分量对负载电压的影响，采用比例谐振（PR）控制实现对零序分量的无静差跟踪。另外详细介绍了空间矢量脉宽调制策略（SVPWM）的控制原理。
　　在理论分析的基础上，运用PSCAD/EMTDC搭建了相应的仿真模型，仿真过程中着重分析了系统抑制谐波和处理不平衡负载的能力，相应结果表明BHI系统能较好的抑制因网侧谐波和不平衡负载引起的电压畸变问题。最后在仿真验证基础上，参与研发了容量为60kW的背景谐波隔离器实验样机，对样机测试结果进行详细分析，实验结果进一步说明了本文所提控制策略的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 国内外谐波治理技术的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 背景谐波隔离器主电路结构和数学模型的建立

2.1 系统主电路结构分析与选择

2.2 整流侧数学模型

2.3 逆变侧数学模型

2.4 本章小结

3 背景谐波隔离器的控制策略研究

3.1 整流侧控制策略

3.2 基于对称分量法的逆变侧分序控制策略

3.3 改进的逆变侧分序控制策略

3.4 SVPWM空间矢量脉宽调制

3.5 本章小结

4 背景谐波隔离器的仿真结果分析

4.1 SVPWM仿真模块的建立

4.2 整流侧仿真结果分析

4.3 逆变侧仿真结果分析

4.4 本章小结

5 背景谐波隔离器的实验研究

5.1 设备参数设计与选型

5.2 控制系统的设计

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

科学研究和学习经历简介

攻读硕士期间主要成果