基于T型三电平变流器的有源滤波控制策略研究

发布时间：2020-03-13 11:23

【摘要】：21世纪,在终端电能消费领域中,最显著的一个特点是电力电子装置的大量普及。由于电力电子器件的非线性特性,使得电力电子器件满足不同的能量转换需求的同时,也给电网带来严重的谐波污染。有源电力滤波器(APF)以其滤波性能好、适应电网能力强、体积小等优点,在低压电网中得到了广泛的应用。本文主要研究一种基于TNPC拓扑的有源滤波器的控制策略。首先分析了 T型三电平有源电力滤波器电路的工作原理,分别建立了三相静止abc坐标系下、两相静止αβ坐标系下、两相旋转dq坐标系下的数学模型。其次,设计并选择了主电路元件参数,确立了控制系统的结构。然后,针对三相三线制电路拓扑,本文采用了基于zp-iq的谐波电流检测方法。谐波电流跟踪是APF的核心,补偿器性能的优劣直接决定APF的补偿效果。本文比较并选择了基于准比例谐振(QPR)策略的直接电流控制方法,给出了 QPR控制器的参数设计计算方法和离散化数字实现算法;针对工业系统典型的5、7、11、13次特征谐波设计了多个QPR环节并联的多重控制器,分析了并联环节之间的相互影响和设计注意事项,提高了控制系统的响应速度和补偿精度。仿真验证了上述方法和策略的有效性。TNPC变流器存在中点电位不平衡的弊端,为此,在三相电流环输出的调制波中加入中点电位平衡的零序分量。零序分量选用PI控制器计算,与传统计算法相比,调节时间更短,平衡能力更强。该算法投入后,显著地抑制了中点电位波动。搭建了基于RT-LAB的硬件在环实时仿真实验平台,RT-LAB模拟电源、T型三电平有源滤波器主电路和非线性负载,控制系统采用自行设计开发的基于DSP数字信号处理器的控制系统,开展了谐波补偿和中点电位控制实验。实验结果进一步验证了 T型三电平有源滤波器的谐波电流控制策略和直流侧中点电位控制的正确可行性。
【图文】：

西安理工大学工程硕士专业学位论文urωtSa1Sa2Sa4Sa3uuc1uc2ωtωtωtωt图 2-6 载波同相层叠调制原理Fig.2-6 Carrier Phase modulation principle正弦调制波频率 f=50Hz；令载波比 n=65。以 a 相为例，图 2-7 为 PSIM 仿真下的 TNPC变流器的相电压的输出波形，，图2-8为PSIM仿真下的TNPC变流器的线电压的输出波形；分别对输出相电压和输出线电压做 FFT 分析，为了便于观察，频谱分析图横坐标范围选取为 100Hz~2000Hz，频谱如图 2-9 和图 2-10 所示。

Fig.2-6 Carrier Phase modulation principle正弦调制波频率 f=50Hz；令载波比 n=65。以 a 相为例，图 2-7 为 PSIM 仿真下的 TNPC变流器的相电压的输出波形，图2-8为PSIM仿真下的TNPC变流器的线电压的输出波形；分别对输出相电压和输出线电压做 FFT 分析，为了便于观察，频谱分析图横坐标范围选取为 100Hz~2000Hz，频谱如图 2-9 和图 2-10 所示。图 2-7 输出相电压波形Fig.2-7 Phase voltage waveform图 2-8 输出线电压波形Fig.2-8 Line voltage waveform500 1000 1500 2000Frequency (Hz)00.10.20.30.40.5uco图 2-9 相电压频谱分析Fig.2-9 Phase voltage spectrum500 1000 1500 2000Frequency (Hz)00.20.40.60.8uab图 2-10 线电压频谱分析Fig.2-10 Line voltage spectrum2.4.4 载波反相层叠 PWM 法图 2-11 所示为为载波反相调制原理，仍然以 TNPC 的 a 相为例。uc1和 uc2是两组三角载波，幅值、频率相同，相位相差180 。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM46

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本文编号：2586745