LCL型有源电力滤波器的模型预测控制策略研究

发布时间：2020-07-28 12:52

【摘要】：电力电子装置已经广泛应用到电力系统各个方面,使得电能可以改变应用方式以适应不同的用电场合,满足人们对不同电能形式的需求,但也给电网带来大量的谐波污染。有源电力滤波器是一种新型治理谐波污染的电力电子设备,它能够动态补偿电网谐波和无功,对治理谐波污染改善电能质量至关重要。文本以LCL型有源电力滤波器作为研究对象,对其输出滤波器设计、电流跟踪控制策略等问题进行深入研究。首先,详细分析了 LCL型有源电力滤波器的主电路拓扑及其基本工作原理,并分别在三相静止abc坐标系和两相静止αβ坐标系下建立了 LCL型有源电力滤波器数学模型;对有源电力滤波器系统的主电路参数进行了设计,确定了 APF直流侧电压、直流支撑电容参数和LCL滤波器参数;深入研究了 LCL滤波器各个参数对滤波器性能的影响以及各个参数之间的影响关系,并给出了适用于有源滤波器的LCL滤波器参数设计指标和方法。其次,分析了经典模型预测控制策略的原理和具体实现步骤,对经典模型预测控制方法进行了改进,进一步提高了 APF系统稳态补偿效果和动态响应速度;详细分析了系统存在固有延时的原因和带来的不良影响,针对系统存在的固有延时,将参考电流预测和模型预测两者结合起来对系统固有延时进行有效补偿,显著减小系统输出电流纹波,改善了系统稳定性和电流跟踪能力。最后,在PSIM中搭建了有源电力滤波器的系统仿真模型,对L型滤波器和LCL滤波器的滤波效果进行了仿真验证和性能比较,与L滤波器相比,LCL滤波器在抑制高频谐波方面具有显著优势。通过仿真,验证了改进的模型预测控制策略的优越性,并基于有源电力滤波器实验平台对所采用的改进模型预测控制策略开展了实验研究。实验结果表明,改进方法具有更好的谐波滤波效果和更快的动态响应速度。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM761
【图文】：

并联型,电路拓扑

2000 年后，西安交通大学、清华大的实验样机，并将研制的 APF 成品投入到实，市场对 APF 的需求量也越来越大，APF 产、上海追日电器等国内厂商也推出了性能良器的分类及典型拓扑类划分的方式很多：滤波器和电网连接形式，可分并联型、串联件的不同，有源电力滤波器可分为电流源型的不同，有源电力滤波器可分为单相 APF别是三相三线制 APF 和三相四线制 APF；滤波器输出电平数，可划分为有两电平 AP，但是受开关管耐压的限制，仅适合用于低电为复杂，但功率开关管耐压等级高，且输出统。

波形,电路拓扑,串联型APF,串联型

图 1-2 串联型 APF 电路拓扑Fig.1-2 SeriesAPF circuit topology波器是通过耦合变压器串联在电网上【5】，其可以有效补偿可等效为电压源的谐波源造成接容性负载造成的谐波。此时，有源电力滤波电压相互抵消，使电网电压波形正弦。但是计较复杂，导致串联型 APF 的在实际中应用图 1-3 串并联型 APF 电路拓扑Fig.1-3 Series shuntAPF circuit topology压源和电流源的谐波进行补偿，发展了“串并

波形,电路拓扑,串并联,串联型

并联型 APF 通过滤波电感并联在电网和谐波源之间，向联型有源电力滤波器主要补偿可等效为电流源的非线性负载产三相不控整流电路接阻感负载产生的谐波电流和无功电流。图 1-2 串联型 APF 电路拓扑Fig.1-2 SeriesAPF circuit topology源电力滤波器是通过耦合变压器串联在电网上【5】，其拓扑结构力滤波器可以有效补偿可等效为电压源的谐波源造成的谐波污路直流侧接容性负载造成的谐波。此时，有源电力滤波器向电网生的谐波电压相互抵消，使电网电压波形正弦。但是，串联型有，保护设计较复杂，导致串联型 APF 的在实际中应用较少。

【参考文献】