基于改进PR控制的三相四桥臂APF的研究

发布时间：2017-07-04 21:16

  本文关键词：基于改进PR控制的三相四桥臂APF的研究

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【摘要】：文章以三相四线制系统下APF为主要研究对象,深入讨论了以下三个关键技术：系统谐波检测技术、电流内环跟踪控制策略、四桥臂3D-SVPWM调制技术。同时,对APF控制系统进行了软硬件设计。文中所做的研究工作主要有以下几点：首先,在谐波电流检测环节,分别对传统的ip-iq-0谐波检测算法、dq0同步旋转坐标谐波检测算法以及abc直接投影谐波检测算法进行理论分析和仿真验证。针对传统三相四线制检测算法动态响应能力差,检测精度低等不足,提出了一种改进的三相四线制谐波检测算法。同时,在MATLAB下进行了改进的与传统的谐波检测算法的仿真对比验证。仿真结果表明：改进的三相四线制谐波检测算法在动态响应能力及检测精度方面均优于传统三相四线制谐波检测算法。其次,在电流跟踪控制性能上对比分析了PI控制和PR控制的优劣,结果表明PR控制无静差跟踪性能要远远优于传统PI控制。但是,由于PR控制带宽窄,电网电压频率一旦发生波动,其控制性能将大大下降。为了增大PR控制的带宽,增强抗频率偏移能力,提出了改进PR控制方法,并且对改进PR控制器中五个参数的取值进行了详细的仿真对比分析。在调制算法环节,进一步对3D-SVPWM算法进行坐标空间的优化,并详细分析在a-b-c自然坐标系下开关矢量的选择以及开关占空比的计算。最后在MATLAB中搭建了整个三相四线制系统的仿真模型,分别对改进PR控制策略以及优化的3D-SVPWM调制算法进行一一验证。仿真结果表明：在无静差跟踪、快速响应以及稳态性能方面,改进PR控制表现地十分优异且优化的3D-SVPWM调制算法能够快速响应发出开关控制脉冲信号。最后,基于以上理论研究,对三相四桥臂APF控制系统进行了软硬件设计。软件设计主要包括：改进谐波检测算法的软件实现、3D-SVPWM算法的驱动信号的产生、改进PR控制的数字化实现等。硬件设计包括：信号采样与调理电路、驱动电路设计、主电路元器件的选型等。实验结果表明：基于改进PR控制算法的三相四桥臂APF的谐波电流补偿效果良好并且与前面的仿真结果一致。
【关键词】：四桥臂APF 谐波检测算法 3D-SVPWM 改进PR控制
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM935
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 电力系统谐波问题8-9
• 1.1.1 谐波的危害8-9
• 1.1.2 谐波治理方案的研究9
• 1.2 有源电力滤波器的类型与结构9-12
• 1.3 三相四线制并联型有源电力滤波器12-15
• 1.3.1 三相三线制与三相四线制系统的对比12
• 1.3.2 三相四线制APF的国内外发展现状12-13
• 1.3.3 三相四线制APF的主拓扑结构13-14
• 1.3.4 并联型三相四线制APF的关键技术14-15
• 1.4 论文的研究内容15-16
• 第二章 三相四线制系统谐波电流检测算法16-32
• 2.1 APF谐波补偿原理16-17
• 2.2 常见的谐波电流检测技术17-26
• 2.2.1 常用的三相四线制谐波检测算法18-21
• 2.2.2 传统检测算法的仿真结果对比21-26
• 2.3 三相四线制谐波检测算法的改进26-30
• 2.3.1 改进谐波检测算法原理26-28
• 2.3.2 改进谐波检测算法的仿真结果分析28-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 四桥臂APF的改进PR跟踪电流控制32-54
• 3.1 常见的几种控制方法分析32-33
• 3.2 改进PR控制方法的分析33-37
• 3.2.1 比例谐振控制器33-35
• 3.2.2 改进的比例谐振控制器35-37
• 3.3 在改进A-B-C坐标下的 3D-SVPWM37-44
• 3.4 APF的直流侧电压的控制44-45
• 3.5 跟踪电流控制的仿真结果分析45-51
• 3.5.1 在a-b-c坐标下的 3D-SVPWM仿真45-47
• 3.5.2 改进PR控制器的仿真结果分析47-51
• 3.6 本章小结51-54
• 第四章 三相四线制APF的改进PR控制算法的实验验证54-70
• 4.1 有源电力滤波器的硬件实现55-60
• 4.1.1 电流信号采样调理电路55-56
• 4.1.2 电网电压采样以及过零检测电路56
• 4.1.3 主电路直流侧两端电压采样电路56-57
• 4.1.4 主电路PWM驱动电路的设计57-58
• 4.1.5 主电路元器件选型58-60
• 4.2 系统的软件设计及实现60-65
• 4.2.1 主程序设计61
• 4.2.2 信号采样与模数转换61-62
• 4.2.3 改进检测算法子程序62
• 4.2.4 3D-SVPWM算法的PWM信号的产生62-64
• 4.2.5 改进PR控制算法的数字实现64-65
• 4.3 实验结果与分析65-68
• 4.3.1 电网电压过零检测电路波形66
• 4.3.2 四桥臂PWM驱动信号波形66-67
• 4.3.3 补偿前后的电网电流波形67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 论文工作总结70-71
• 5.2 后续研究内容展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士研究生期间的学术成果77

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本文编号：519380