基于反馈线性化的有源电力滤波器容错控制研究
本文选题:有源电力滤波器 + 三相四开关 ; 参考:《大连理工大学》2015年硕士论文
【摘要】:随着电力电子技术及其应用的迅猛发展,大量谐波电流和无功功率被注入到电力系统中,严重影响到电网运行质量。有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)是一种动态治理谐波电流和补偿无功功率的装置,由于APF中电力电子开关器件本身的脆弱性,容易发生短路和断路故障等问题,影响了其自身的可靠性。APF容错控制是通过重构拓扑结构和控制算法,使系统在故障后仍能在一定的性能指标范围内正常运行;本文针对APF三相四开关拓扑结构的有效控制展开工作。阐述了三相六开关APF重构为三相四开关APF的容错策略,建立了三相四开关APF在d-q旋转坐标系下的数学模型,采用多输入-多输出(Multi-Input Multi-Output, MIMO)反馈线性化算法对系统的非线性模型进行精确线性化,推导出控制输入的微分同胚变换矩阵,实现了三相四开关APF有功电流和无功电流的解耦控制,在此基础上采用线性控制方法设计了控制器,实现了指令电流的零稳态误差跟踪。提出了一种三相四开关空间矢量脉宽调制(SVPWM)优化算法,论述了三相四开关APF直流侧中点电位必然存在波动的原因,详细分析了四个基本空间电压矢量的变化情况,提出了一种三相四开关SVPWM算法中扇区判定和占空比计算方法,有效提高了合成指令电压的准确性。提出了一种电容均压控制方法,保证了在电容参数变化时两个串联电容电压的均衡。本文设计并搭建了容量为1kVA的低压三相四开关APF实物实验平台,探讨了三相四开关APF的产品设计和实现方法;仿真实验和实物实验证明了本文所提出的控制方法和调制算法的正确性和有效性。
[Abstract]:With the rapid development of power electronics technology and its application, a large number of harmonic current and reactive power are injected into the power system, which seriously affects the quality of power network operation. Active Power Filter, APF) (active Power filter) is a kind of device for dynamically controlling harmonic current and compensating reactive power. Because of the fragility of power electronic switch device in APF, short circuit and open circuit fault are easy to occur. The reliability of APF fault-tolerant control is affected by reconstructing the topology and control algorithm to make the system run normally in a certain range of performance index after failure. This paper focuses on the effective control of APF three-phase four-switch topology. The fault-tolerant strategy of reconstructing three-phase six-switch APF into three-phase four-switch APF is described, and the mathematical model of three-phase four-switch APF in d-q rotating coordinate system is established. Multi-Input Multi-Output feedback linearization algorithm is used to linearize the nonlinear model of the system, and the differential homeomorphism transformation matrix is derived. The decoupling control of three-phase four-switch APF active current and reactive current is realized. On the basis of this, the controller is designed by linear control method, and the zero steady error tracking of instruction current is realized. An optimization algorithm of three-phase four-switch space vector pulse width modulation (SVPWM) is proposed. The reason of the fluctuation of the midpoint potential at the DC side of three-phase four-switch APF is discussed, and the variation of four basic space voltage vectors is analyzed in detail. A method of sector determination and duty cycle calculation in three-phase four-switch SVPWM algorithm is proposed, which effectively improves the accuracy of synthetic instruction voltage. A capacitor voltage equalizing control method is proposed to ensure the voltage equalization of the two series capacitors when the capacitance parameters change. In this paper, a low voltage three-phase four-switch APF experiment platform with capacity of 1kVA is designed and built, and the product design and realization method of three-phase four-switch APF are discussed. Simulation and real-object experiments prove the correctness and effectiveness of the proposed control method and modulation algorithm.
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN713.8;TM761
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,本文编号:1894016
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