三电平有源电力滤波器的设计及仿真参数研究

发布时间：2020-02-13 15:57

【摘要】：随着当今世界科学的发展，大规模的大功率非线性负载投入使用，其给电网带来的谐波污染问题也日趋严重。有源电力滤波器在谐波治理方面的良好的补偿性能和高效率性已经成为研究的热点。而在高电压大容量场合，原本的两电平APF已经不能满足要求，为此，本文主要针对三电平APF的拓扑结构、谐波检测、电流跟踪控制算法和主参数的设计进行研究，为其在高电压大容量场合的工程应用提供一定的理论基础和经验。首先本文对三电平并联型APF的基本工作原理进行了深入的研究，介绍了三电平并联型APF的主电路PWM变流器常用的二极管箝位式拓扑结构，继而针对其缺点引进了T型三电平的拓扑结构，并建立了三电平APF在三相坐标系下的数学模型及其在d-q坐标系下的简化的数学模型，在一定程度上解除了变量之间的耦合关系。其次根据三电平APF的基本框架，介绍了谐波检测算法和电流跟踪控制算法，深入研究了基于瞬时无功功率理论的d-q谐波检测算法，及其在Simulink中的仿真验证；继而针对电流跟踪控制策略，介绍了三电平中的滞环控制和三角波比较控制，及电压状态反馈解耦PI控制器的设计。然后针对APF主电路的参数的选择直接影响控制效果这一问题，对直流侧母线电压、直流侧电容和交流侧电抗等参数的取值做出了详细的理论推导，为其在工程上的具体应用提供了理论上的依据。最后，在Matlab/Simulink中搭建了整个三电平APF系统的仿真模型，并通过调整各个参数分析各个参数的变化对系统的影响，，进而对各个参数进行优化，并得到最终三电平APF模型。
【图文】：

有源电力滤波器,基本结构,谐波

有源电力滤波器基本结构中，谐波源为整流逆变，为了使供电系统不受谐波的危害，APF 就需要相反的补偿电流，注入电网中消除谐波，从而实谐波补偿策略与 PPF 相比，具有以下优点[18]：围广，不再局限于某一固定频率段的谐波，理论是考虑到实际成本等方面，一般可以达到补偿以补偿谐波意外，还可以补偿无功，对于含有的补偿也可以实时的准确进行。与系统的阻抗无关，不用考虑滤波器与系统阻抗多个谐波源集中进行补偿。滤波器的国内外研究现状和发展趋势

拓扑结构图,二极管箝位,拓扑结构,三电平

2.2 三电平 PWM 变流器的基本拓扑结构三电平结构具有使单个开关管阻断电压减半，且工作损耗低、效率高等优势[29]。三电平 PWM 变流器应用最为广泛的拓扑结构[30]为二极管箝位式 NPC（Neutral Point Clamped）。2.2.1 二极管箝位式拓扑结构图 2.2 为三电平的二极管箝位式逆变器拓扑结构[31]，逆变器交流侧的任一相由 4 个 IGBT 开关管、4 个续流二极管和 2 个钳位二极管组成，直流侧由两个大小相等的电容 C1、C2串联，提供直流侧电压[32]。通过一定的开关逻辑顺序来控制各个 IGBT 开关的通断状态，使交流侧可以产生三种电平的相电压。其具体的工作原理分析如下[33]：
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM761;TN713.8

【参考文献】