基于谐振技术的有源电力滤波器控制策略研究

发布时间：2017-10-04 09:04

  本文关键词：基于谐振技术的有源电力滤波器控制策略研究

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【摘要】：近年来,电力电子设备的广泛应用,给公共电网引入了严重的谐波污染和无功损耗。电网中谐波和无功电流的出现,会危害到公共电网中其他设备的正常运行,严重时甚至会危害到电网的安全运行。有源电力滤波器(APF)是谐波抑制和无功功率补偿领域应用最为广泛的设备。为了实现APF对谐波电流的高性能补偿,本文设计了基于谐振(PR)控制技术的APF,以提升补偿精度,降低数字处理器运算量。首先,分析了谐波电流和无功电流分量的检测方法,比较不同检测法的优劣,选择基于瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测法检测电网谐波和无功电流。搭建传统双闭环有源电力滤波器,该APF只能准确补偿无功电流分量,它对谐波电流分量的补偿效果还需要进一步改进。其次,提出了使用谐振控制技术的APF控制策略。采用谐振控制技术的优势在于PR控制器可以无静差的跟踪特定频率的交流信号,在APF控制策略中采用PR控制技术可有效改善其对谐波电流的补偿性能。考虑到公共电网中允许存在±0.5Hz的基波频率波动,则电网中的n次谐波也将在±0.5n Hz范围内波动。为使APF在谐波频率波动较大的情况下仍能维持良好的补偿效果,引入了频率自适应PR控制器,以实现APF对频率波动的高适应性。并主要针对频率自适应PR控制器在工程应用中实现高性能控制的三大难点问题—参数整定、相位补偿以及控制器离散化,着重进行了研究分析,实现了在工程实际应用中APF的高性能谐波补偿。再次,使用谐振式锁相环,以准确获取电网电压基波频率。为了使频率自适应PR控制器发挥其应有性能,必须要准确获取作为其输入量的电网电压基波频率,才能实现对谐波分量的无静差补偿。在公共电网电压非理想正弦波形时,为了准确提取电网电压基波分量,构建谐振式PLL,通过引入多频谐振补偿器,可将基波分量和负序、谐波分量分离并分别进行无静差跟踪,从而准确获得公共电网中的基波频率。最后,搭建以DSP TMS320F28335为控制核心的有源电力滤波器硬件系统实验平台,并对系统软、硬件进行了详细的设计。在该实验平台上验证采用PR控制的APF对无功和谐波电流补偿的可行性,以及谐振式锁相环锁相的正确性。
【关键词】：有源电力滤波器 谐振控制器 锁相环 谐波 无功电流
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM761;TN713.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 有源电力滤波器研究现状10-14
• 1.2.1 APF的发展历史10-11
• 1.2.2 APF的分类11-13
• 1.2.3 APF的研究现状13-14
• 1.3 数字锁相环的研究现状14-15
• 1.4 论文的主要研究内容15-16
• 第2章APF的电流检测及建模分析16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 并联型APF的基本原理16-17
• 2.3 谐波和无功电流的检测方法17-21
• 2.3.1 基于瞬时无功功率理论的p-q电流检测法18-19
• 2.3.2 基于瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测法19-20
• 2.3.3 并联型APF指令电流的生成20-21
• 2.4 三相三线APF数学模型及控制策略21-28
• 2.4.1 单相APF的数学模型21-23
• 2.4.2 三相APF的数学模型和稳定性分析23-26
• 2.4.3 并联型APF控制策略及仿真26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 采用PR技术的APF控制策略研究29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 谐振式控制器的典型表达与基本特性29-34
• 3.2.1 PR控制器29-31
• 3.2.2 频率自适应PR控制器31-32
• 3.2.3 APF中谐振控制策略的研究32-34
• 3.3 谐振控制器关键技术研究34-42
• 3.3.1 谐振控制器的参数设计34-36
• 3.3.2 谐振控制器的相位补偿36-38
• 3.3.3 谐振控制器的离散化38-40
• 3.3.4 采用6倍频PR控制器的APF的仿真分析40-42
• 3.4 采用并联型PR控制器的APF42-44
• 3.4.1 并联型PR控制器的设计42-43
• 3.4.2 采用并联型PR控制器的APF的仿真分析43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 谐振式PLL锁相技术的研究45-53
• 4.1 引言45
• 4.2 谐振式SRF-PLL的工作原理45-49
• 4.3 谐振式SRF-PLL的仿真研究49-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 系统软硬件设计及实验研究53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 三相APF补偿系统及其实验平台的硬件结构总体方案53-56
• 5.2.1 APF补偿系统硬件参数设计54-55
• 5.2.2 APF控制部分相关电路设计55-56
• 5.3 APF电流控制策略的软件设计56-58
• 5.4 主要实验结果及分析58-62
• 5.4.1 谐振式PLL的实验结果58-59
• 5.4.2 采用PR控制器的APF的实验结果59-62
• 5.5 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果69-71
• 致谢71

【共引文献】

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本文编号：969768