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多通道有源電力濾波與無功補償

    當前 ，電力係統的結構日益複雜 ，電能質量已成為突出和需要迫切解決的問題 。其中 ，無功和諧波對係統的穩定性及生產 、傳輸、利用效率的影響尤為嚴重 ，因此已成為交流輸電係統的重要研究內容之一 。針對諧波治理與無功補償研究中存在的問題 ，彩神開展了以下四個方麵的研究工作 。 

    首先 ，針對諧波和無功的頻譜特性 ，利用小波包方法實現了多通道有源電力濾波與無功補償 。在同步旋轉坐標變換的基礎上 ，該方法利用小波包分解與重構技術將補償容量實時分解到不同子頻帶內 ，避免了係統輸出波形質量與單一器件工作頻率之間的矛盾 ，有效提高了整個無功補償和諧波抑製裝置的係統容量 。該方法是一種係統的多模塊多重化技術 ，著眼於整個係統的諧波治理與無功補償目標 ，為大容量 、高性能補償係統提供了一種可行解決方案 。同時提出基於鎖相環控製循環緩存深度的數據處理手段 ，較好的解決了小波分析與重構造成的延遲問題 ，使分解後的指令電流實時跟蹤畸變電流的變化 。理論分析和仿真結果驗證了多通道子帶濾波與無功補償係統的有效性及其動靜態性能 。 

    其次 ，討論了基於提升格式的小波包算法的特性 ，繼而探討了提升小波包在多通道子帶濾波與無功補償應用的可行性 。完善了一種快速提升結構的小波包分解與重構算法 ，這種結構通過翻轉算法改進了傳統提升格式離散小波變換的實現 ，達到了優化關鍵路徑和硬件資源占用率的目的 。本文還探討了基於VLSI技術實現翻轉結構的9/7小波包分解與重構算法方案 ，為實現多通道有源電力濾波與無功補償的控製器做出了初步探索 。 

    此外 ，彩神討論了實時檢測三相電壓頻率和相位信息的三相鎖相環方法 ，解決了有源電力濾波與無功補償控製算法中的同步問題 。並且分析了三相鎖相環在諧波 、直流偏移 、不平衡等情況下的檢測誤差 。為解決複雜的控製算法和日益提高的控製速度與精度要求之間的矛盾 ，本文提出並設計了基於FPGA技術的有源電力濾波器的控製器 ，並詳細研究了畸變電流檢測 、低通濾波器和電流矢量雙滯環控製的設計和優化方法 。受益於硬件結構的並行運算特性 ，采用FPGA控製器的有源電力濾波裝置能夠取得良好的動靜態實驗結果 。

    最後 ，彩神提出適用於STATCOM的直接電流控製方法 。針對無功補償電流的基頻特性 ，建立起計算參考電壓的數學模型 ，並完成了相關仿真和實驗研究 。同時提出一種簡化的SVPWM方案 ，該算法將傳統SVPWM算法的複雜運算全部轉化為簡單的整數操作 ，優化了控製器的工作頻率和資源占用率 ，並成功應用在高性能STATCOM控製器的設計中 。另外 ，彩神建立基於電壓電流雙環STATCOM控製係統的數學模型 ，推導出PI控製器參數的計算準則 ，並設計了基於FPGA控製器的動態無功補償實驗平台 ，完成動態無功補償的相關實驗。實驗結果表明采用電壓電流雙環控製的動態無功補償係統的動靜態性能良好 。