基于重复控制的LCL型四桥臂APF研究

发布时间：2020-05-27 16:29

【摘要】：随着电能需求不断增加,越来越多的非线性负荷接入电力系统,导致电网谐波污染日趋严重。四桥臂有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)是解决低压供电系统谐波和不平衡问题的有效手段,已得到广泛关注。APF系统中功率器件的开通和关断会产生大量与开关频率相关的高频谐波,需加装输出滤波器以滤除这部分高频谐波,与L型滤波器相比,LCL滤波器所需电感量小、高频衰减能力强,能提供更好的滤波效果。因此,本文以LCL型四桥臂APF为研究对象,对LCL滤波器进行参数设计,研究其有源阻尼方法和重复控制策略。LCL型四桥臂APF在三相静止坐标系下的数学模型存在由未知量引起的耦合关系,本文采用零序分量和非零序分量分离的方法消除共同未知量,建立αβγ坐标系下的无耦合数学模型。针对四桥臂变流器,在αβγ坐标系下分析四支路LCL滤波器参数选取的约束条件,采用图解法进行参数设计,并通过仿真验证四支路LCL滤波器的滤波效果。LCL滤波器的固有谐振特性易导致系统不稳定,本文在不增加额外采样及反馈通路的前提下,研究前向通道串联陷波器的有源阻尼方法。通过控制框图推演,分析LCL滤波器的谐振抑制机理,讨论陷波器与无源阻尼、虚拟电阻等阻尼方法的内在联系。针对陷波器鲁棒性差的缺陷,采用实时性好的Goertzel算法检测系统实际谐振频率,在线调整陷波器参数,提高陷波器的自适应能力。采用离散域极点配置的参数整定方案,解决离散化过程的频率偏移问题,同时减少在线调整参数的个数,简化参数整定过程。仿真结果表明,基于陷波器的自适应有源阻尼可以有效抑制谐振,且电网阻抗变化时仍能维持系统稳定。重复控制可以无差跟踪谐波信号,但是单独作用时动态响应较慢。为改善重复控制动态性能,本文研究比例控制与重复控制复合的控制策略。详细分析复合控制的结构、跟踪特性,以及重复控制器和比例控制器间的耦合作用。对重复控制器进行参数设计:根据系统稳定性和稳态跟踪精度的要求,确定内模滤波器Q(z)的具体形式;根据等效被控对象频率特性设计补偿器S(z),采用幅值和相位单独补偿的方案,幅值补偿时使用改进型零相移陷波器消除幅值尖峰,解决传统零相移陷波器中心频率固定导致幅值补偿不到位的问题,相位补偿时结合控制器稳定条件的几何特性确定超前环节z~k。仿真结果表明,本文设计的复合控制器稳态跟踪精度高、动态响应快,满足APF的控制需求。基于LCL型四桥臂APF实验平台,对本文研究内容进行了实验验证,结果表明本文设计的四支路LCL滤波器可以显著降低入网电流高频成分,陷波器可以达到与无源阻尼相近的谐振抑制效果,比例重复复合控制器具有良好的稳态和动态性能。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM761

【参考文献】

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本文编号：2683813