双谐振型有源电力滤波器关键技术研究

发布时间：2020-07-24 09:09

【摘要】：随着电力电子技术的飞速发展,电力电子设备的应用提高了电能的利用率,改善了人们的生活水平,同时也给电网带来了谐波污染问题。有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)作为一种能够有效治理谐波的装置得到了广泛的应用。针对传统APF存在的问题,本文提出一种新型双谐振型三相有源电力滤波器(Double Resonance Type Three-phase Active Power Filter,DRAPF)拓扑结构,该DRAPF能够有效降低有源侧的容量、减小有源侧的基波电流及降低逆变器功率器件的工作电压。对该DRAPF拓扑数学模型、谐波抑制方法、主电路参数计算及控制算法进行了分析和研究,利用仿真和实验验证了该拓扑的可行性。首先,本文介绍了谐波的产生、危害及谐波治理的方法,分析了目前国内外对APF拓扑、谐波提取策略,介绍了谐波控制策略的研究现状。其次,本文给出了DRAPF在abc静止坐标系下及dq旋转坐标系下的数学模型,建立了控制对象的结构框图。在对数学模型分析的基础上,探讨了DRAPF主电路参数的设计方法。根据DRAPF拓扑及主电路参数,给出了拓扑的谐波抑制函数。进而讨论了DRAPF在电网侧等效阻抗变化、谐振失谐及并联谐振中电容、电感参数变化对该拓扑谐波抑制特性的影响。再次,本文对DRAPF控制系统进行设计,分析了同步旋转坐标系下的谐波提取策略、低通滤波器设计及无源阻尼电阻的选取方法。针对DRAPF拓扑的高阶模型的特点,采取主导极点法对系统模型进行降阶处理,利用简化的等效模型下对控制器参数进行整定,完成控制器的设计。最后,本文选用TMS320F28035作为控制芯片,搭建了DRAPF系统的实验平台;介绍了系统硬件平台的框架及各部分电路;给出了系统中主程序、ADC中断子程序及定时器中断子程序的设计方法。利用实验平台上验证本文提出的拓扑结构及控制算法的有效性,实验结果表明该DRAPF有良好的特定次谐波抑制能力和较小的容量。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713;TM761
【图文】：

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第二章 DRAPF 数学模型及其主电路参数设计损耗。选取太大的阻尼电阻，能够增加系统的稳定性，提高抑制谐振尖峰的能力，是降低了系统在高频处的滤波性能；选取太小的阻尼电阻，谐振尖峰抑制效果变，甚至会导致系统不稳定。综合考虑几种因素时，阻尼电阻选择方法可取：13df fR C (2.4式中，为无源阻尼电阻值，为 DRAPF 拓扑谐振频率，为系统电容值。

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图 2-9 滤波电路传递函数 Bode 图Fig.2-9 Bode diagram of filter circuit transfer function由于本文所研究的 DRAPF 拓扑较为复杂，不容易通过计算直接得到该拓扑振频率。在这里借助 DRAPF 拓扑的传递函数的 Bode 图，得到该拓扑的谐振频率算出无源阻尼电阻的阻值，结合 Bode 图辅助来确定最终的无源阻尼电阻值RAPF 拓扑的传递函数的 Bode 图如图 2-9 所示。

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广东工业大学硕士学位论文由式(3.7)可以看出，随着 K 值的增大，系统的滤波效果越好，当 K 值趋于，系统谐波完全滤除。不同 K 值下系统的 Bode 图如图 3-3 所示。

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