三相四线制APF的研究与工程实现

发布时间：2020-04-19 11:41

【摘要】：在三相四线制中低压配电网中,大量电力电子设备的接入,造成了严重的无功和谐波污染。针对谐波和无功问题,本文从谐波检测方法、谐波补偿策略和变流器控制策略等几个方面对三相四线制有源滤波器(APF)进行了深入的分析和研究,主要研究内容如下:在三相四线制系统中,三相负载的不平衡导致了各次谐波中均存在正序、负序和零序分量,传统的检测方法无法准确检测出各次谐波电流的含量。本文以基于瞬时无功的谐波检测方法为基础,采用了一种能同时检测各次谐波正序、负序和零序分量的任意次谐波电流检测方法;并针对高次谐波检测误差大的问题,通过在检测环节中添加幅值和相位校正功能,提高了高次谐波的检测精度。谐波检测过程中,相位的准确性直接影响检测效果,针对传统锁相环在网压畸变时无法准确锁相的问题,深入分析了锁相环的工作机理,比较了不同的锁相环方案,采用了抗干扰能力较强的基于二阶广义积分器的软件锁相环。三相四线制APF可以实现无功、三相不平衡、谐波等补偿功能,但由于容量的限制,可能只对其中部分成分进行补偿,因此如何在APF补偿容量一定的前提下,灵活地对补偿目标进行设置和控制是一项重要的研究内容。现有全补偿模式只能对除基波有功电流以外的所有电流成分进行补偿,本文引入了指定成分补偿的模式,并给出了在这种模式下三相四线制APF的谐波检测方法和控制策略。为克服两电平拓扑输出电压THD高、器件损耗大等缺点,本文选择T型中点钳位型结构(TNPC)作为主电路拓扑,并针对三电平拓扑固有的中点不平衡问题,给出了在SPWM调制策略下通过注入直流电流分量进行调节的控制方法。APF控制策略采用电压外环和电流内环的基本控制方式,由于指令电流中同时包含多个频率的谐波电流,为了使电流内环实现对指令电流的无静差跟随,深入分析了比例谐振(PR)控制器的基本原理,设计了单个比例控制器和多个谐振控制器并联的电流内环控制方式,并对其进行了离散化设计。综合利用上述研究成果,研制了一台三相四线制APF样机,并且详细介绍了参数计算,主电路器件选择,控制系统设计等方法。基于双核DSP芯片开发了系统的控制软件,充分利用片上硬件资源设计了多处理器并行计算的软件架构。通过APF样机实验,验证了本文所提出的谐波检测方法和控制策略的有效性。
【图文】：

三相四线制有源滤波技术研究现状逡逑目前，国内外有关ＡＰＦ的研究领域主要集中在谐波检测方法、新型逆变器拓逡逑构和电流跟踪控制算法等方面ｔｌ４］。逡逑．１三相四线制ＡＰＦ的谐波检测逡逑所谓谐波检测就是指通过某种手段去获取电网中谐波电流的含量，在ＡＰＦ系逡逑，谐波检测的速度和精度是对补偿效果起决定性影响的主要因素［ｍ６］。目前，，逡逑的谐波检测方法包括：自适应检测法、离散傅立叶变换检测法、基于神经网逡逑谐波检测方法、基于小波分析的谐波检测方法、基于瞬时无功功率理论的谐逡逑测法等，其中最具代表性的是基于瞬时无功理论的检测方法［１７＿１８１。逡逑傅里叶变换检测法的基本原理是采用ＦＦＴ方法对一个周期的信号进行分解，逡逑计算获得基波和各次谐波的幅值和相位，从而获得各次谐波的表达式［１９］。其逡逑

图２－７邋Ｑ（ｓ）频率响应波特图逡逑Ｆｉｇ．２－７邋Ｑ（ｓ）ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋Ｂｏｄｅ邋ｐｌｏｔ逡逑图２－６和２－７可以看出，Ｄ（ｓ）只在谐振频率ｗ0处幅值增益为０，即他频率都会有较大的幅值衰减，表现出较强的带通滤波特性，并值相关。０ｓ）只对高频谐波有衰减作用，是一个低通滤波器，其带。￡？（ｓ）在其谐振频率处相移为０°，０（ｓ）在其谐振频率处相移－９０°率处可利用Ｄ（ｓ）和０ｓ）制造正交信号。对于传递函数中／ｔ值的选应速度和滤波效果，一般取Ａ邋＝邋Ｖ５。逡逑于双二阶广义积分器的锁相环（ＤＳ０ＧＩ－ＰＬＬ）的结构图如图２－８所压Ｋ经过Ｃ３２变换矩阵，由坐标系转换到0［／？坐标系得到ｖａ和ＳＯＧＩ移相环节之后分别得到ｖ丨、和４、由式（２－１０）可１６逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM72

【参考文献】

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3 徐群伟;钟晓剑;胡健;陈国柱;;基于误差迭代PI和改进重复控制的APF补偿电流控制[J];电力系统自动化;2015年03期

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5 姜卫东;杨柏旺;黄静;佘阳阳;;不同零序电压注入的NPC三电平逆变器中点电位平衡算法的比较[J];中国电机工程学报;2013年33期

6 徐海亮;章玮;胡家兵;贺益康;周鹏;;电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压同步信号的检测[J];电力系统自动化;2012年05期

7 姚伟钦;;电力系统提高电能质量的方法研究[J];通信电源技术;2010年03期

8 张树全;戴珂;谢斌;余蜜;康勇;;多同步旋转坐标系下指定次谐波电流控制[J];中国电机工程学报;2010年03期

9 陈瑶;金新民;童亦斌;;三相四线系统中SPWM与SVPWM的归一化研究[J];电工技术学报;2007年12期

10 夏向阳;廖晓科;;有源电力滤波器的研究热点和发展[J];变频器世界;2007年12期

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3 佘运佳;基于改进的LMS自适应谐波电流检测技术研究[D];湖北工业大学;2016年

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6 杨龙飞;基于T型三电平技术的储能变流器研究[D];北京交通大学;2013年

7 杨阳;基于RBF神经网络的有源电力滤波器预测控制策略研究[D];郑州大学;2013年

8 闻振华;三电平逆变器SPWM控制策略的研究[D];华中科技大学;2009年

9 周铭秋;并联有源滤波器的补偿控制策略研究[D];武汉科技大学;2008年

本文编号：2633265