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并联型有源电力滤波器检测与控制系统研究

发布时间:2018-07-13 14:51
【摘要】:随着电力电子技术飞快的发展以及大量电力电子装置在生产和生活中的广泛应用,各种电气设备产生的谐波,使电网面临极大的伤害。有源电力滤波器作为一种先进的电力电子装置,不但能够动态抑制谐波,还能够补偿无功,可以很好的解决谐波污染问题。本文以并联型有源电力滤波器为研究对象,设计了并联型有源电力滤波器检测和控制系统。主要的研究内容包括:(1)分析了有源电力滤波器工作的基本原理,根据其与电网连接的等效电路建立了有源电力滤波器数学模型。结合数学模型以及相关理论分析,确定了直流侧母线电压、电容值和电感值的选取规则。(2)研究了基于瞬时无功功率理论的实时检测算法。利用Matlab/Simulink建立了p-q和ip-iq检测算法模型,分别在电压无畸变和有畸变条件下进行了仿真分析,结果表明ip-iq检测算法具有更好的检测效果。针对检测环节低通滤波器的设计,仿真分析了其阶数、截止频率对检测精度和跟踪速度的影响,确定了低通滤波器的截止频率和阶数。并在此基础上设计了兼顾检测精度和跟踪速度的数字低通滤波器。(3)研究了基于空间矢量的滞环电流控制算法,利用Matlab/Simulink搭建了有源电力滤波器模型,与传统电流跟踪控制算法进行了仿真对比。仿真结果表明在稳态负载、暂态负载和电压畸变工况下,基于空间矢量的滞环电流控制算法都具有更好的补偿效果。研究了直流侧电压PI控制,并通过仿真分析得出:加入PI控制环节后,电容电压能够很好的稳定在参考值左右。(4)设计了基于DSP的并联型有源电力滤波器检测与控制系统软硬件,其中硬件包括:电网电压、负载电流、补偿电流的采样调理,直流侧电压隔离采集,同步采样信号获取、抗混叠低通滤波器以及功率模块驱动和故障输出设计;软件包括:电网频率计算、AD采样程序设计以及ip-iq检测算法和基于空间矢量的滞环电流控制算法实现等。并在设计的软硬件基础上搭建了实验平台,验证了检测和控制算法的有效性。实验结果表明本文所设计的检测与控制系统能够有效地抑制谐波,为有源电力滤波器的实用化奠定了基础。
[Abstract]:With the rapid development of power electronics technology and the wide application of a large number of power electronic devices in production and daily life, the harmonic produced by various electrical equipment makes the power network face great harm. As an advanced power electronic device, active power filter can not only dynamically suppress harmonics, but also compensate reactive power, which can solve the problem of harmonic pollution. In this paper, the detection and control system of shunt active power filter is designed. The main research contents are as follows: (1) the basic principle of active power filter is analyzed and the mathematical model of active power filter is established according to the equivalent circuit connected with power network. Combined with mathematical model and related theoretical analysis, the selection rules of DC bus voltage, capacitance and inductance are determined. (2) A real-time detection algorithm based on instantaneous reactive power theory is studied. The p-q and ip-iq detection algorithm models are established by Matlab / Simulink. The simulation results show that the ip-iq detection algorithm has better detection effect under the condition of no voltage distortion and no distortion. Aiming at the design of low-pass filter in detection link, the influence of order and cutoff frequency on detection accuracy and tracking speed is analyzed by simulation, and the cutoff frequency and order of low-pass filter are determined. On this basis, a digital low-pass filter with both detection accuracy and tracking speed is designed. (3) the hysteresis current control algorithm based on space vector is studied, and the active power filter model is built by using Matlab / Simulink. The simulation results are compared with the traditional current tracking control algorithm. The simulation results show that the hysteresis current control algorithm based on space vector has better compensation effect under steady load transient load and voltage distortion. The DC voltage Pi control is studied, and the simulation results show that the capacitance voltage can be stabilized at the reference value after adding Pi control link. (4) the detection and control system of shunt active power filter based on DSP is designed. The hardware includes: sampling and conditioning of grid voltage load current compensation current DC side voltage isolation acquisition synchronous sampling signal acquisition anti-aliasing low-pass filter power module driver and fault output design; The software includes the design of AD sampling program for power system frequency calculation and the realization of ip-iq detection algorithm and hysteresis current control algorithm based on space vector. Based on the designed software and hardware, an experimental platform is built to verify the effectiveness of the detection and control algorithm. The experimental results show that the detection and control system designed in this paper can suppress harmonics effectively and lay a foundation for the practical application of active power filter.
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM761

【参考文献】

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本文编号:2119764

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