Parallel active filter design, control, and implementation

Abstract

Paralel etkin süzgeç (PES), doğrusal olmayan yüklerin harmonik akımlarınıbastırmada ve tepkin güç kompanzasyonunda modern çözümdür. Bu tez, üç-faz üçiletkenlidoğrultucu yükler için PES'in ayrıntılı analizi, tasarımı, denetimi vegerçeklenmesine üzerinedir. Özellikle, akım deneteci ve anahtarlama dalgacıksüzgeci (ADS) ayrıntılı olarak incelenmiştir. Çok kat akım örneklemeli ve esnekdarbe genişlik modülasyon (DGM) çıktılı özgün bir ayrık zamanlı histerezis akımdeneteci, DHCR3, önerilmiştir. DHCR3, ısıl güvenlik için enyüksek anahtarlamafrekansını sınırlarken yüksek bant genişliği göstermektedir ve DHCR3'üngerçeklenmesi kolaydır. Tezde, DHCR3'ün geliştirilmesine ek olarak, modern akımdenetim yöntemleri incelenmiş ve ayrıntılı olarak DHCR3'le karşılaştırılmıştır. Akımdeneteç tipi ADS topoloji seçimini belirlediği için, çeşitli ADS topolojileriincelenmiş, ayrıntılı tasarım çalışması yapılmış ve ADS tolopoloji seçimi veparametre belirleme yöntemleri sayısal örneklerle sunulmuştur. DHCR3'ün üstünbaşarımı, 10 kW'lık diyotlu/tristörlü doğrultucu yük için tasarlanan bir PES'tebenzetimler ve deneylerle ve diğer akım deneteçleriyle karşılaştırmaylakanıtlanmıştır. Tasarlanan PES sistemi için ADS yapılarının yeterli orandaviianahtarlama dalgacıklarını azaltması ve tasarlanan ve üretilen PES sisteminin genelbaşarımı, ayrıntılı bilgisayarla benzetim çalışmalarıyla ve laboratuvar deneyleriylegösterilmiştir. Bu tez, PES akım deneteci ve ADS'nin seçimi, tasarımı vegerçeklenmesinde faydalıdır.Anahtar Kelimeler: Paralel etkin süzgeç, akım denetimi, doğrusal akım deneteci,rezonant süzgeç, histerezis akım deneteci, ayrık zamanlı denetim, evirici,anahtarlama dalgacık süzgeç, akım harmonikleri, tepkin güç, tasarım.

The parallel active filter (PAF) is the modern solution for harmonic currentmitigation and reactive power compensation of nonlinear loads. This thesis isdedicated to detailed analysis, design, control, and implementation of a PAF for a 3-phase 3-wire rectifier load. Specifically, the current regulator and switching ripplefilter (SRF) are thoroughly investigated. A novel discrete time hysteresis currentregulator with multi-rate current sampling and flexible PWM output, DHCR3, isproposed. DHCR3 exhibits a high bandwidth while limiting the maximum switchingfrequency for thermal stability and its implementation is simple. In addition to thedevelopment of DHCR3, in the thesis state of the art current regulation methods areconsidered and thoroughly compared with DHCR3. Since the current regulator typedetermines the SRF topology choice, various SRF topologies are considered and athorough design study is conducted and SRF topology selection and parameterdetermination methods are presented via numerical examples. Through a PAFdesigned for a 10kW diode/thyristor rectifier load, the superior performance ofDHCR3 is verified through simulations and experiments and via comparison to othercurrent regulators. The sufficient switching ripple attenuation of the SRF structuresvfor the designed PAF system and the overall performance of the designed and builtPAF system are demonstrated via detailed computer simulations and laboratoryexperiments. This thesis aids the PAF current regulator and SRF selection, design,and implementation.Keywords: Paralel active filter, current regulation, linear current regulator, resonantfilter, hysteresis current regulator, discrete time control, inverter, switching ripplefilter, current harmonics, reactive power, design.