电流型有源滤波器及其控制的研究
发布时间：2020-12-14 07:06
随着科学技术的不断进步和发展,非线性大功率负载不断增多,由此带来的无功冲击和谐波污染问题越来越严重,因此谐波和无功的治理成为改善电能质量的重要内容。有源电力滤波器(APF)是常用的治理装置,可以动态抑制系统中的谐波、补偿无功功率。目前,常用的APF主要是采用电压型逆变器的结构形式,相比而言,基于电流型逆变器的APF具有响应速度快,可靠性高,滤波范围广等优点,特别是随着超导材料及其储能技术的发展,电流型APF呈现出良好的应用前景。本文在分析APF工作原理及其数学模型的基础上,研究了基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测算法,并对检测效果进行了仿真验证。对APF基于传统PI的间接控制和直接控制进行了分析。同时,通过分析电流型APF的拓扑结构,建立了相应的数学模型。并基于空间矢量控制的原理,研究了电流型逆变器的SVPWM控制原理及实现过程。滑模变结构控制在响应速度、鲁棒性等方面都占有优势,本文针对电流型APF的结构特点,研究了基于滑模变结构的系统控制策略。控制中采用幂次趋近律的滑模控制方法,通过调整参数加速向滑模面的趋近过程,减小抖振。运用PSCAD/EMTDC软件搭建了电流型APF的仿真模型,...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
APF通用结构框图
ＡＰＦ控制策略提供了理论依据。??２．４?ＡＰＦ的电流跟踪控制技术??图２－４为ＡＰＦ结构框图，在对ＡＰＦ进行研究时，可以将其分为两个重要部分：??即谐波检测和补偿电流的跟踪控制。谐波电流的检测是快速准确的计算出系统中的谐??波分量，补偿电流跟踪控制技术则是使ＡＰＦ能实时准确的发出相应的电流来抵消系统??中的谐波分量。所以，较好的电流控制策略是实现ＡＰＦ功能的关键。??￣￣ｒｗｉ????＾系统阻抗??功率?系焱参??气元?ｎ??，ｒｌｆ７?■￣｜?补偿??模式丨＋?控制?????信号?▼??丨＾１调丨?误差?丨系细￥丨＿?生成?丨参％信??制策略ｒ?Ｉ制策略Ｐ?Ｉ号生成??图２－４?ＡＰＦ通用结构框图??Ｆｉｇ．?２－４?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＡＰＦ??脉冲宽度调制（ＰＷＭ）技术是并联补偿装置的核心技术，在并联补偿装置的控??制中有着非常重要的地位。功率单元的ＰＷＭ调制方式及其控制策略是ＡＰＦ重要技术??之一丨３５】＿。近几年ＡＰＦ中采用的ＰＷＭ技术主要有：三角波比较、滞环比较控制、??空间矢量控制、自适应控制及滑模控制等［３７１。??（１）三角波比较控制??图２－５为三角波比较控制策略示意图。该控制是根据电流误差最小的原理，将检??测到的指令电流／／和ＡＰＦ发出的电流信号作比较，并将对比结果用电控制??器做调整，然后和三角载波进行比较得到控制ＡＰＦ主电路功率
存在一些问题，主要体现在其动态响应慢、电路比较复杂、跟随误差大等方面。??（２）滞环电流比较控制［３８］??滞坏比较控制策略结合了电流控制及空间矢量原理。图２－６采用的是滞环比较控??制方法，此方法的控制过程是：对比参考电流信号／／和ＡＰＦ产生的补偿电流信号ｚ‘ｃ，??得到误差量Ａ／ｃ，并将误差量Ａ４当成滞环比较器的输入信号，经滞环比较器作用得到??控制逆变器电力电子器件的ＰＷＭ波，从而控制逆变器的功率单元来达到补偿负载谐波??的目的。??？??｜——Ｉ—?ＰＷＭ??ｉｃ?广＾ｉｃ?控制信号??—－（ｇＨ—?．????ｉ〇??图２－６滞环电流比较控制??Ｆｉｇ．?２－６?Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ??滞环比较控制方式的优势体现电路相对简单，比三角波比较控制的动态响应快，??而且不需要载波等方面。但通常情况下滞环比较控制的滞环宽度是不变的，这会使得??主电路的开关频率不恒定。在误差信号变动范围大且较小的情况下，固定的滞环宽度??在某种程度上会造成补偿谐波误差变大；在以直较大时，由于滞环宽度固定，所以器件??的开关频率会增大
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全程滑模变结构控制的有源电力滤波器[J]. 刘国海,张琛,陈兆岭,钱鞠,沈跃. 电气传动. 2014(11)
[2]基于空间矢量控制策略实现的有源电力滤波器的建模与分析[J]. 李满,钱平. 电力系统保护与控制. 2014(15)
[3]电流型Z源逆变器的三值逻辑空间矢量控制策略[J]. 房绪鹏,朱明杰,谭延超. 电气传动自动化. 2011(05)
[4]一种电流型三相逆变器PWM调制的数字实现[J]. 王克柔,吴燕仙,李玉玲. 电力电子技术. 2011(04)
[5]永磁同步电动机的无抖振滑模控制系统设计[J]. 王艳敏,冯勇,陆启良. 电机与控制学报. 2008(05)
[6]变结构控制的抖振问题研究[J]. 白圣建,黄新生. 计算机仿真. 2006(06)
[7]状态反馈与延迟补偿相结合的电流型有源滤波器控制方法[J]. 侯勇,江红胜,朱晓光. 电网技术. 2005(08)
[8]三相三线有源电力滤波器电流跟踪性能最优化控制[J]. 周卫平,吴正国,夏立,刘大明. 中国电机工程学报. 2004(11)
[9]基于离散滑模控制的DSTATCOM的研究[J]. 贾嘉斌,袁佳歆,姜芳芳,陈国强,陈柏超. 高电压技术. 2004(08)
[10]超导储能装置中的电流源型逆变器[J]. 刘逊,褚旭,蒋晓华. 电力电子技术. 2004(04)
博士论文
[1]有源电力滤波器网侧谐波电流控制技术研究[D]. 杨君.华中科技大学 2014
[2]并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究[D]. 谢斌.华中科技大学 2010
[3]新型串联混合型有源电力滤波器及相关问题研究[D]. 谢冰若.华中科技大学 2010
[4]电流型PWM整流器及其控制策略的研究[D]. 李玉玲.浙江大学 2006
[5]基于基波磁通补偿的串联混合型有源滤波器研究[D]. 李达义.华中科技大学 2005
[6]有源电力滤波器的变结构控制策略研究[D]. 钟金亮.浙江大学 1998
硕士论文
[1]基于瞬时无功功率理论的三相谐波电流检测研究[D]. 杨怀仁.浙江大学 2014
[2]基于滑模变结构的有源电力滤波器控制方法研究[D]. 周茜.辽宁工程技术大学 2012
[3]电流型并联有源滤波器及其控制方法研究[D]. 李晓萌.哈尔滨工业大学 2012
[4]基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测方法研究[D]. 叶明佳.重庆大学 2012
[5]应用于飞机交流电源的有源电力滤波器研究[D]. 卢盈.南京航空航天大学 2009
[6]三相电流型逆变器的PWM控制方法研究[D]. 袁兆凯.中国石油大学 2008
[7]基于滑模变结构控制的有源电力滤波器的研究及应用[D]. 王明菊.湖南工业大学 2007
[8]滑模变结构控制在DSTATCOM中的应用研究[D]. 谢广志.东北电力大学 2007
[9]基于DSP的三相电流型空间矢量PWM逆变器的研究[D]. 付庆磊.华北电力大学（河北） 2007
[10]基于瞬时无功功率理论的并联混合有源电力滤波器的研究[D]. 王小红.天津大学 2005
本文编号：2916038
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
APF通用结构框图
ＡＰＦ控制策略提供了理论依据。??２．４?ＡＰＦ的电流跟踪控制技术??图２－４为ＡＰＦ结构框图，在对ＡＰＦ进行研究时，可以将其分为两个重要部分：??即谐波检测和补偿电流的跟踪控制。谐波电流的检测是快速准确的计算出系统中的谐??波分量，补偿电流跟踪控制技术则是使ＡＰＦ能实时准确的发出相应的电流来抵消系统??中的谐波分量。所以，较好的电流控制策略是实现ＡＰＦ功能的关键。??￣￣ｒｗｉ????＾系统阻抗??功率?系焱参??气元?ｎ??，ｒｌｆ７?■￣｜?补偿??模式丨＋?控制?????信号?▼??丨＾１调丨?误差?丨系细￥丨＿?生成?丨参％信??制策略ｒ?Ｉ制策略Ｐ?Ｉ号生成??图２－４?ＡＰＦ通用结构框图??Ｆｉｇ．?２－４?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＡＰＦ??脉冲宽度调制（ＰＷＭ）技术是并联补偿装置的核心技术，在并联补偿装置的控??制中有着非常重要的地位。功率单元的ＰＷＭ调制方式及其控制策略是ＡＰＦ重要技术??之一丨３５】＿。近几年ＡＰＦ中采用的ＰＷＭ技术主要有：三角波比较、滞环比较控制、??空间矢量控制、自适应控制及滑模控制等［３７１。??（１）三角波比较控制??图２－５为三角波比较控制策略示意图。该控制是根据电流误差最小的原理，将检??测到的指令电流／／和ＡＰＦ发出的电流信号作比较，并将对比结果用电控制??器做调整，然后和三角载波进行比较得到控制ＡＰＦ主电路功率
存在一些问题，主要体现在其动态响应慢、电路比较复杂、跟随误差大等方面。??（２）滞环电流比较控制［３８］??滞坏比较控制策略结合了电流控制及空间矢量原理。图２－６采用的是滞环比较控??制方法，此方法的控制过程是：对比参考电流信号／／和ＡＰＦ产生的补偿电流信号ｚ‘ｃ，??得到误差量Ａ／ｃ，并将误差量Ａ４当成滞环比较器的输入信号，经滞环比较器作用得到??控制逆变器电力电子器件的ＰＷＭ波，从而控制逆变器的功率单元来达到补偿负载谐波??的目的。??？??｜——Ｉ—?ＰＷＭ??ｉｃ?广＾ｉｃ?控制信号??—－（ｇＨ—?．????ｉ〇??图２－６滞环电流比较控制??Ｆｉｇ．?２－６?Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ??滞环比较控制方式的优势体现电路相对简单，比三角波比较控制的动态响应快，??而且不需要载波等方面。但通常情况下滞环比较控制的滞环宽度是不变的，这会使得??主电路的开关频率不恒定。在误差信号变动范围大且较小的情况下，固定的滞环宽度??在某种程度上会造成补偿谐波误差变大；在以直较大时，由于滞环宽度固定，所以器件??的开关频率会增大
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全程滑模变结构控制的有源电力滤波器[J]. 刘国海,张琛,陈兆岭,钱鞠,沈跃. 电气传动. 2014(11)
[2]基于空间矢量控制策略实现的有源电力滤波器的建模与分析[J]. 李满,钱平. 电力系统保护与控制. 2014(15)
[3]电流型Z源逆变器的三值逻辑空间矢量控制策略[J]. 房绪鹏,朱明杰,谭延超. 电气传动自动化. 2011(05)
[4]一种电流型三相逆变器PWM调制的数字实现[J]. 王克柔,吴燕仙,李玉玲. 电力电子技术. 2011(04)
[5]永磁同步电动机的无抖振滑模控制系统设计[J]. 王艳敏,冯勇,陆启良. 电机与控制学报. 2008(05)
[6]变结构控制的抖振问题研究[J]. 白圣建,黄新生. 计算机仿真. 2006(06)
[7]状态反馈与延迟补偿相结合的电流型有源滤波器控制方法[J]. 侯勇,江红胜,朱晓光. 电网技术. 2005(08)
[8]三相三线有源电力滤波器电流跟踪性能最优化控制[J]. 周卫平,吴正国,夏立,刘大明. 中国电机工程学报. 2004(11)
[9]基于离散滑模控制的DSTATCOM的研究[J]. 贾嘉斌,袁佳歆,姜芳芳,陈国强,陈柏超. 高电压技术. 2004(08)
[10]超导储能装置中的电流源型逆变器[J]. 刘逊,褚旭,蒋晓华. 电力电子技术. 2004(04)
博士论文
[1]有源电力滤波器网侧谐波电流控制技术研究[D]. 杨君.华中科技大学 2014
[2]并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究[D]. 谢斌.华中科技大学 2010
[3]新型串联混合型有源电力滤波器及相关问题研究[D]. 谢冰若.华中科技大学 2010
[4]电流型PWM整流器及其控制策略的研究[D]. 李玉玲.浙江大学 2006
[5]基于基波磁通补偿的串联混合型有源滤波器研究[D]. 李达义.华中科技大学 2005
[6]有源电力滤波器的变结构控制策略研究[D]. 钟金亮.浙江大学 1998
硕士论文
[1]基于瞬时无功功率理论的三相谐波电流检测研究[D]. 杨怀仁.浙江大学 2014
[2]基于滑模变结构的有源电力滤波器控制方法研究[D]. 周茜.辽宁工程技术大学 2012
[3]电流型并联有源滤波器及其控制方法研究[D]. 李晓萌.哈尔滨工业大学 2012
[4]基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测方法研究[D]. 叶明佳.重庆大学 2012
[5]应用于飞机交流电源的有源电力滤波器研究[D]. 卢盈.南京航空航天大学 2009
[6]三相电流型逆变器的PWM控制方法研究[D]. 袁兆凯.中国石油大学 2008
[7]基于滑模变结构控制的有源电力滤波器的研究及应用[D]. 王明菊.湖南工业大学 2007
[8]滑模变结构控制在DSTATCOM中的应用研究[D]. 谢广志.东北电力大学 2007
[9]基于DSP的三相电流型空间矢量PWM逆变器的研究[D]. 付庆磊.华北电力大学（河北） 2007
[10]基于瞬时无功功率理论的并联混合有源电力滤波器的研究[D]. 王小红.天津大学 2005
本文编号：2916038
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