电网不平衡时级联H桥APF的研究

发布时间：2017-09-07 05:50

  本文关键词：电网不平衡时级联H桥APF的研究

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【摘要】：随着现代工业经济技术的发展,电力系统中接入了大量的非线性负载和不平衡冲击性负载,有如谐波、电压跌落、电网电压三相不对称等电能质量问题也随着日益恶化。有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)作为一种新型的谐波和无功补偿装置,能够实现动态补偿,改善电能质量。但是,当前国内外对APF的研究主要还是集中在低压领域,APF应用在中高压领域面临的诸多关键问题有待解决。由于级联多电平结构具有输出谐波特性好、易于模块化、可靠性高等优点,所以本文最终采用了级联所电平结构作为APF的主电路拓扑。并在此基础上结合级联H桥型结构的工作模式,采用倍频式载波移相调制技术,很好的提高了装置的等效开关频率,较好的解决了开关频率与APF容量之间的固有矛盾。其次,现阶段的研究都是在电网电压理想状况下,但实际情况中电网电压不平衡是经常存在的,如何解决电网电压不平衡对装置带来的一系列影响是一项急需解决的关键技术。本文在详细推导了级联H桥式APF在ABC静止坐标系下的数学模型的基础上分析了对主电路参数进行选择；同时还分析了电网电压不平衡对APF装置的影响。本文对电网不平衡时级联H桥APF的控制策略进行了研究。基于瞬时无功功率理论,采用ip-iq算法对谐波电流进行实时检测,并设计了电流的跟踪及闭环PI控制系统；在分析了直流侧电压不平衡对系统造成的影响的基础上利用数学公式推导出造成级联H桥各直流侧电压不均衡的机理。最后采用分层控制实现对直流侧的稳压均压。该分层结构中的上层控制采用一种新的双环控制策略不仅实现电网不平衡时总的功率及负序电压控制,而且抑制了电网不平衡带来的负序电压对APF的影响,保障了装置的安全可靠运行。中层采用零序电压注入法消除相与相之间电压的不均衡,底层控制采用采用电压增补量法实现模块间均压。最后在Simulink环境下进行了大量的仿真模拟实验,仿真结果验证了本文所提控制策略的正确性和可行性。
【关键词】：电网不平衡 级联H桥APF 电流控制 分层控制
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM761
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 谐波16-18
• 1.1.1 谐波的定义16-17
• 1.1.2 谐波的产生与危害17
• 1.1.3 谐波的抑制方法17-18
• 1.2 有源电力滤波器发展概述18-20
• 1.2.1 基本原理18-19
• 1.2.2 国内外发展现状及趋势19-20
• 1.3 多电平变流器20-24
• 1.3.1 基本原理及优点20-21
• 1.3.2 发展背景及历程21-22
• 1.3.3 主要拓扑结构22-23
• 1.3.4 多电平技术在有源电力滤波器中的应用23-24
• 1.4 本文主要研究内容24-26
• 第二章 载波相移调制技术26-34
• 2.1 H桥级联APF工作模式26-27
• 2.1.1 级联H桥型变流器工作机理26
• 2.1.2 三个H桥级联工作模式26-27
• 2.2 载波相移调制技术基本原理27-29
• 2.3 载波相移调制技术数学分析29-31
• 2.3.1 CPS-SPWM数学分析29-30
• 2.3.2 倍频式CPS-SPWM数学分析30-31
• 2.4 仿真分析31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 级联H桥APF运行状态分析及主电路参数选择34-43
• 3.1 对称分量法的基本原理分析34-35
• 3.2 级联H桥APF的数学模型35-37
• 3.3 电网不平衡对级联H桥APF的运行影响分析37-40
• 3.3.1 对直流侧电容电压的影响37-38
• 3.3.2 对级联APF输出电流的影响38-39
• 3.3.3 对级联H桥APF装置过电流的影响39-40
• 3.4 主电路参数设计40-42
• 3.4.1 直流侧电容设计40-41
• 3.4.2 并网电感设计41-42
• 3.5 本章总结42-43
• 第四章 电流检测与控制43-54
• 4.1 电流检测方法43-49
• 4.1.1 谐波电流检测技术综述43-44
• 4.1.2 瞬时无功功率理论基本原理分析44-46
• 4.1.3 p-q检测法46-47
• 4.1.4 ip-iq检测法47-49
• 4.2 电流跟踪控制49-50
• 4.3 闭环控制策略50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 电网不平衡时的级联H桥APF的控制策略54-62
• 5.1 直流侧电压不均衡原因及影响54-57
• 5.1.1 模块间电压不平衡原因及影响54-56
• 5.1.2 电网不平衡下相间直流侧电压不均衡原因及影响56-57
• 5.2 电压控制策略57-61
• 5.2.1 全局稳压控制策略58-59
• 5.2.2 相与相之间的电压均衡控制59-60
• 5.2.3 模块间均压60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 仿真分析62-68
• 6.1 系统仿真参数设定62
• 6.2 电网平衡时仿真波形62-63
• 6.3 电网不平衡时仿真波形63-65
• 6.4 电网不平衡时直流侧电压平衡仿真波形分析65-67
• 6.5 本章小结67-68
• 第七章 总结与展望68-70
• 7.1 论文总结68-69
• 7.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况74

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本文编号：807787