矿用无变压器型并联混合有源电力滤波器的研究
发布时间：2021-04-28 17:29
随着变频器和软启动器等非线性设备在矿井电网中的广泛应用,引入了大量的谐波和无功电流,造成矿井供电电网的电流波形畸变,为井下装置的安全稳定运行带来隐患。所以,改善煤矿电力系统供电质量非常重要。混合型有源滤波器（hybrid active power filter,HAPF）是中高压配电系统领域中有效抑制谐波和无功补偿的新型装置。本文针对无变压器型并联混合有源电力滤波器（transformerless shunt hybrid active power filter,TLS-HAPF）拓扑结构,建立相应的数学模型,研究了传统控制策略、快速重复控制方法以及滑模变结构控制方法,通过仿真和实验验证了有效性。具体研究内容包括:阐述了煤矿供电系统中主要的谐波负载,明确谐波对矿井电网的危害,接着根据矿井供电系统目前的谐波抑制现状,从拓扑分类、谐波检测方法和电流追踪控制技术三方面分析了有源滤波器（active power filter,APF）的研究现状和发展趋势,制定本课题研究目标。介绍了TLS-HAPF系统结构和补偿谐波原理,详细分析了滤波特性,设计了主电路参数,选取系统控制变量并推导电路方程,通过...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 本文研究背景
1.2 矿井供电系统谐波分析
1.2.1 矿井供电系统谐波源
1.2.2 矿井谐波现象及危害
1.2.3 矿井供电系统谐波治理目标
1.2.4 矿井供电系统谐波抑制现状
1.3 有源电力滤波器研究现状及其发展趋势
1.3.1 混合型有源滤波器的拓扑结构概述
1.3.2 谐波电流检测方法
1.3.3 电流跟踪控制方法
1.3.4 有源电力滤波器的发展趋势
1.4 本文的主要研究内容
第二章 TLS-HAPF主电路关键参数设计及数学模型建立
2.1 TLS-HAPF系统结构和工作原理的介绍
2.2 滤波特性的分析
2.3 有源部分容量的计算
2.4 无源滤波器的设计
2.4.1 LC滤波器的滤波特性分析
2.4.2 LC调谐次数及参数的确定
2.5 直流母线电压确定和电容设计
2.5.1 直流母线电压的确定
2.5.2 直流母线电容的设计
2.6 TLS-HAPF数学模型的建立
2.6.1 a-b-c坐标系下数学模型
2.6.2 d-q坐标系下数学模型
2.7 本章小结
第三章 传统电流控制策略的研究
3.1 引言
3.2 PI控制策略
3.2.1 直流侧电压控制
3.2.2 电流控制器设计
3.2.3 仿真结果及其分析
3.2.4 实验结果及分析
3.3 传统重复控制策略
3.3.1 重复控制的基本原理
3.3.2 重复控制的结构与作用
3.3.3 重复控制稳定性分析
3.3.4 重复控制稳态误差分析
3.4 基于PI与传统重复控制的复合控制策略
3.4.1 复合控制器的设计
3.4.2 仿真结果及分析
3.4.3 实验结果及分析
3.5 本章小结
第四章 快速重复控制策略的研究
4.1 引言
4.2 快速瞬态响应的重复控制技术
4.2.1 不同坐标系下的谐波特性分析
4.2.2 内模结构分析
4.2.3 改进型复合控制器设计
4.3 仿真结果及分析
4.3.1 稳态性能
4.3.2 动态性能
4.4 实验结果及分析
4.4.1稳态实验
4.4.2动态实验
4.5 本章小结
第五章 滑模变结构控制方法的研究
5.1 引言
5.2 滑模变结构控制方法概述
5.2.1 滑模控制原理
5.2.2 滑模控制的基本条件
5.2.3 滑模控制的固有特性
5.3 TLS-HAPF的滑模控制系统设计
5.3.1 滑模控制系统的设计
5.3.2 TLS-HAPF滑模控制器的设计
5.4 仿真结果及其分析
5.4.1 稳态性能仿真
5.4.2 动态性能仿真
5.4.3 鲁棒性能仿真
5.5 本章小结
第六章 TLS-HAPF实验系统设计
6.1 系统介绍
6.2 控制系统的软件设计
6.2.1 主程序设计
6.2.2 中断程序设计
6.2.3 锁相程序设计
6.2.4 保护程序设计
6.3 整流实验结果及分析
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 研究结论
7.2 课题展望
参考文献
致谢
作者在攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]有源电力滤波器的研究现状与展望[J]. 王雪,高云广,吝伶艳,宋建成,吕世轩. 电力系统保护与控制. 2019(01)
[2]基于复合控制的三电平APF的研究[J]. 付瑞清. 电力系统保护与控制. 2017(14)
[3]结合短时傅里叶变换和谱峭度的电力系统谐波检测方法[J]. 黄建明,李晓明. 电力系统保护与控制. 2017(07)
[4]基于LCL型有源电力滤波器的复合电流控制策略研究[J]. 高云广,宋建成,郑丽君,江法洋,田飞燕. 工矿自动化. 2017(04)
[5]煤矿井下电网有源电力滤波器接入位置和容量研究[J]. 王毅颖,刘建功,刘扬. 煤炭学报. 2016(12)
[6]基于李雅普诺夫函数的并联型混合有源电力滤波器非线性控制方法[J]. 薛花,范月,王育飞. 电工技术学报. 2016(21)
[7]基于改进增益型自适应LMS算法的谐波检测方法[J]. 王洪诚,王蕾,沈霞,杨欣荣,王正. 电力系统保护与控制. 2016(05)
[8]双谐振注入混合型有源电力滤波器特性[J]. 孟金岭,赵伟,林国营,肖勇. 电力系统保护与控制. 2016(03)
[9]基于复合控制策略的混合有源滤波器谐波治理研究[J]. 赵辉,吕新亚,王红君,岳有军. 电力系统保护与控制. 2015(21)
[10]并网逆变器中数字控制延时对系统稳定性的影响及其优化设计[J]. 邹常跃,刘邦银,段善旭,李锐. 中国电机工程学报. 2015(02)
博士论文
[1]矿井电网有源电力滤波器电流控制策略研究[D]. 高云广.太原理工大学 2017
[2]谐波抑制与无功补偿关键技术研究[D]. 杜少通.中国矿业大学 2015
[3]APF与TSC谐波无功综合补偿控制的研究[D]. 郭伟峰.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]混合型滤波器谐波抑制技术的研究[D]. 张鸿伟.浙江大学 2016
[2]有源电力滤波器滑模控制策略研究[D]. 谢丰.合肥工业大学 2015
[3]一种无变压器混合有源电力滤波器及其控制策略研究[D]. 时晓洁.浙江大学 2011
[4]基于滑模控制的有源电力滤波器控制策略研究[D]. 程保华.天津大学 2010
[5]并联混合型有源电力滤波器抑制谐波谐振方法研究[D]. 毛晓英.武汉大学 2004
本文编号：3165879
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 本文研究背景
1.2 矿井供电系统谐波分析
1.2.1 矿井供电系统谐波源
1.2.2 矿井谐波现象及危害
1.2.3 矿井供电系统谐波治理目标
1.2.4 矿井供电系统谐波抑制现状
1.3 有源电力滤波器研究现状及其发展趋势
1.3.1 混合型有源滤波器的拓扑结构概述
1.3.2 谐波电流检测方法
1.3.3 电流跟踪控制方法
1.3.4 有源电力滤波器的发展趋势
1.4 本文的主要研究内容
第二章 TLS-HAPF主电路关键参数设计及数学模型建立
2.1 TLS-HAPF系统结构和工作原理的介绍
2.2 滤波特性的分析
2.3 有源部分容量的计算
2.4 无源滤波器的设计
2.4.1 LC滤波器的滤波特性分析
2.4.2 LC调谐次数及参数的确定
2.5 直流母线电压确定和电容设计
2.5.1 直流母线电压的确定
2.5.2 直流母线电容的设计
2.6 TLS-HAPF数学模型的建立
2.6.1 a-b-c坐标系下数学模型
2.6.2 d-q坐标系下数学模型
2.7 本章小结
第三章 传统电流控制策略的研究
3.1 引言
3.2 PI控制策略
3.2.1 直流侧电压控制
3.2.2 电流控制器设计
3.2.3 仿真结果及其分析
3.2.4 实验结果及分析
3.3 传统重复控制策略
3.3.1 重复控制的基本原理
3.3.2 重复控制的结构与作用
3.3.3 重复控制稳定性分析
3.3.4 重复控制稳态误差分析
3.4 基于PI与传统重复控制的复合控制策略
3.4.1 复合控制器的设计
3.4.2 仿真结果及分析
3.4.3 实验结果及分析
3.5 本章小结
第四章 快速重复控制策略的研究
4.1 引言
4.2 快速瞬态响应的重复控制技术
4.2.1 不同坐标系下的谐波特性分析
4.2.2 内模结构分析
4.2.3 改进型复合控制器设计
4.3 仿真结果及分析
4.3.1 稳态性能
4.3.2 动态性能
4.4 实验结果及分析
4.4.1稳态实验
4.4.2动态实验
4.5 本章小结
第五章 滑模变结构控制方法的研究
5.1 引言
5.2 滑模变结构控制方法概述
5.2.1 滑模控制原理
5.2.2 滑模控制的基本条件
5.2.3 滑模控制的固有特性
5.3 TLS-HAPF的滑模控制系统设计
5.3.1 滑模控制系统的设计
5.3.2 TLS-HAPF滑模控制器的设计
5.4 仿真结果及其分析
5.4.1 稳态性能仿真
5.4.2 动态性能仿真
5.4.3 鲁棒性能仿真
5.5 本章小结
第六章 TLS-HAPF实验系统设计
6.1 系统介绍
6.2 控制系统的软件设计
6.2.1 主程序设计
6.2.2 中断程序设计
6.2.3 锁相程序设计
6.2.4 保护程序设计
6.3 整流实验结果及分析
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 研究结论
7.2 课题展望
参考文献
致谢
作者在攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]有源电力滤波器的研究现状与展望[J]. 王雪,高云广,吝伶艳,宋建成,吕世轩. 电力系统保护与控制. 2019(01)
[2]基于复合控制的三电平APF的研究[J]. 付瑞清. 电力系统保护与控制. 2017(14)
[3]结合短时傅里叶变换和谱峭度的电力系统谐波检测方法[J]. 黄建明,李晓明. 电力系统保护与控制. 2017(07)
[4]基于LCL型有源电力滤波器的复合电流控制策略研究[J]. 高云广,宋建成,郑丽君,江法洋,田飞燕. 工矿自动化. 2017(04)
[5]煤矿井下电网有源电力滤波器接入位置和容量研究[J]. 王毅颖,刘建功,刘扬. 煤炭学报. 2016(12)
[6]基于李雅普诺夫函数的并联型混合有源电力滤波器非线性控制方法[J]. 薛花,范月,王育飞. 电工技术学报. 2016(21)
[7]基于改进增益型自适应LMS算法的谐波检测方法[J]. 王洪诚,王蕾,沈霞,杨欣荣,王正. 电力系统保护与控制. 2016(05)
[8]双谐振注入混合型有源电力滤波器特性[J]. 孟金岭,赵伟,林国营,肖勇. 电力系统保护与控制. 2016(03)
[9]基于复合控制策略的混合有源滤波器谐波治理研究[J]. 赵辉,吕新亚,王红君,岳有军. 电力系统保护与控制. 2015(21)
[10]并网逆变器中数字控制延时对系统稳定性的影响及其优化设计[J]. 邹常跃,刘邦银,段善旭,李锐. 中国电机工程学报. 2015(02)
博士论文
[1]矿井电网有源电力滤波器电流控制策略研究[D]. 高云广.太原理工大学 2017
[2]谐波抑制与无功补偿关键技术研究[D]. 杜少通.中国矿业大学 2015
[3]APF与TSC谐波无功综合补偿控制的研究[D]. 郭伟峰.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]混合型滤波器谐波抑制技术的研究[D]. 张鸿伟.浙江大学 2016
[2]有源电力滤波器滑模控制策略研究[D]. 谢丰.合肥工业大学 2015
[3]一种无变压器混合有源电力滤波器及其控制策略研究[D]. 时晓洁.浙江大学 2011
[4]基于滑模控制的有源电力滤波器控制策略研究[D]. 程保华.天津大学 2010
[5]并联混合型有源电力滤波器抑制谐波谐振方法研究[D]. 毛晓英.武汉大学 2004
本文编号：3165879
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