单相级联H桥型有源电力滤波器控制技术研究
发布时间：2021-04-10 19:52
随着电力电子技术的发展和电力电子装置的广泛使用,电网的谐波问题越来越突出。如何改善电网运行环境、提高电能质量成为电力电子领域亟待解决的问题。基于有源电力滤波器（Active Power Filter,APF）的谐波治理技术具有补偿效果好、响应速度快和可以选择性补偿特定次谐波等优点,成为当今社会谐波治理技术的发展方向。本文基于单相级联H桥拓扑对有源电力滤波器的锁相环技术、谐波检测技术、谐波电流控制技术、电容电压控制技术进行了以下研究。本文首先介绍了并联型有源电力滤波器和单相级联H桥型变流器的工作原理,并分别介绍了载波相移调制、载波层叠调制和一维空间矢量调制技术。随后针对传统锁相环方法和谐波检测算法在稳态精度和响应速度方面的不足,分别提出了基于重复控制的新型锁相环方法和基于定积分的谐波检测算法,并给出了详细的参数设计过程和数字化实现方法。新型锁相环方法可以在电网电压严重畸变的情况下,在半个工频周期内准确地提取出电网电压的基波正序分量、基波负序分量和相角信息。本文证明了单相电网是三相电网不平衡的一个特例,提出的新型锁相环既可应用于三相系统,又可应用于单相系统。新型谐波检测算法可以在电网电流严...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基本锁相环控制结构
燕山大学工学硕士学位论文-4-的同步。之后，锁相环被广泛应用于各种场合，比如：谐波和间谐波的检测、电网故障检测、微电网的孤岛检测、电力系统中基波的参数估计、交直流电机的控制以及电能质量治理设备的同步等。如图1-1所示，基本的锁相环结构一般由鉴相器(PhaseDiscriminator,PD)、环路滤波器(LoopFilter,LF)和压控振荡器(VoltageControlledOscillator,VCO)三个部分组成。锁相环的首先通过PD环节将输入信号iv(t)和输出信号ov(t)的相位差转变为电压信号dv(t)，然后通过LF环节对dv(t)进行滤波处理，最后通过VCO环节得到输出信号ov(t)并反馈到PD环节，形成一个闭环调节系统。图1-1基本锁相环控制结构基于同步旋转坐标系的锁相环(SynchronousReferenceFramePLL,SRF-PLL)是目前应用最为广泛的锁相环结构之一，其结构如图1-2所示。从图1-2中可以看出，SRF-PLL也分为PD、LF和VCO三个部分，其中V、g和g分别为SRF-PLL估计出的电网电压的幅值、角频率和相位，ωg为电网的基准角频率，pk和ik为比例积分(ProportionalIntegral,PI)调节器的参数。图1-2基于同步旋转坐标系的锁相环结构文献[7]分析了锁相环的静态误差和动态误差对APF补偿性能的影响。静态误差过大可能导致APF装置无法维持直流侧电容电压恒定，从而不能正常工作；动态误差会使APF装置输出不必要的谐波，影响补偿效果。传统的SRF-PLL在理想电网条件下性能优异，但当电网电压严重畸变时需要降低系统的带宽来保证锁相的精度，否则SRF-PLL不能准确地提取出电网电压的相位信息，使用起来局限性较大。为了在电网电压严重畸变的条件下仍然可以准确地提取出电网电压的相位信息，国内外
燕山大学工学硕士学位论文-10-第2章单相级联H桥型有源电力滤波器工作原理2.1引言本章首先介绍了并联型有源电力滤波器的工作原理，然后介绍了单相级联H桥变流器的工作原理，最后介绍了级联H桥变流器三种不同的调制策略，分别为载波相移调制、载波层叠调制和一维空间矢量调制。2.2有源电力滤波器工作原理图2-1是并联型有源电力滤波器工作原理图，其中Us为电网电压，采用非线性负载作为系统的谐波源。有源电力滤波器主要由谐波电流检测装置和补偿电流发生装置两部分组成。有源电力滤波器首先由通过谐波检测算法检测负载电流的谐波电流分量，然后通过变流器向电网注入与谐波电流分量大小相等、相位相反的补偿电流，从而抵消电网电流中的谐波电流分量，使电网电流中仅含有基波分量，达到电能质量治理的目的。在某些场合，有源补偿装置可以同时作为无功补偿装置或负序分量治理装置使用。有源电力滤波器常采用PWM变流器作为主电路，当直流侧电容从电网吸收能量时，工作在整流状态；当直流侧电容向电网释放能量时，工作在逆变状态。图2-1并联型有源电力滤波器工作原理图有源电力滤波器工作原理的数学表达式如下式所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于并网逆变器谐波抑制的重复-比例复合控制器分析与设计[J]. 赵强松,陈莎莎,周晓宇,王晓雷,王双红. 电工技术学报. 2019(24)
[2]抗频率波动的有源电力滤波器谐波补偿控制方法[J]. 王勇,刘正春,尹志勇,王文婷,程二威. 高电压技术. 2019(10)
[3]一种新型离散域数字化并网同步方法研究[J]. 郭小强,张雪. 太阳能学报. 2019(01)
[4]抗IPS频率波动的两种改进重复控制方法[J]. 刘正春,朱长青,王勇,刘金宁,解璞. 电网技术. 2018(09)
[5]基于重复控制的有源电力滤波器6k±1次谐波补偿[J]. 郑远辉,杨苹,王月武,唐铖. 电力系统自动化. 2016(16)
[6]一种具有频率适应性的nk±m次谐波重复控制策略及其在四桥臂APF中的应用[J]. 周娟,郑婉玉,刘刚,王超,宋振浩. 电源学报. 2017(04)
[7]并联型有源滤波器主电路关键参数设计[J]. 全恒立,刘志刚,张钢,吴佐民. 电工技术学报. 2011(12)
[8]链式STATCOM直流侧电容电压控制策略研究[J]. 臧春艳,裴振江,何俊佳,苟锐锋,朱静,孙伟. 高压电器. 2010(01)
[9]单相逆变器并网控制技术研究[J]. 赵清林,郭小强,邬伟扬. 中国电机工程学报. 2007(16)
[10]级联H桥SVG直流侧电容电压的二次谐波计算[J]. 聂子玲,张波涛,孙驰,鞠竹. 电工技术学报. 2006(04)
博士论文
[1]基于27.5kV直挂式级联型APF的电气化铁路电能质量治理技术研究[D]. 吴丽然.北京交通大学 2017
[2]并联有源电力滤波器工程应用关键技术的研究[D]. 鞠建永.浙江大学 2009
硕士论文
[1]三相电流型PWM整流器SVPWM调制与控制技术研究[D]. 陈诚.西南交通大学 2019
[2]三相级联型光伏并网逆变器研究[D]. 周佳乐.燕山大学 2018
[3]锁相环对SAPF补偿特性的影响及优化措施研究[D]. 方梓熙.华中科技大学 2018
[4]三相电流源并网变换器调制与控制技术研究[D]. 贾晓瑜.燕山大学 2017
本文编号：3130240
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基本锁相环控制结构
燕山大学工学硕士学位论文-4-的同步。之后，锁相环被广泛应用于各种场合，比如：谐波和间谐波的检测、电网故障检测、微电网的孤岛检测、电力系统中基波的参数估计、交直流电机的控制以及电能质量治理设备的同步等。如图1-1所示，基本的锁相环结构一般由鉴相器(PhaseDiscriminator,PD)、环路滤波器(LoopFilter,LF)和压控振荡器(VoltageControlledOscillator,VCO)三个部分组成。锁相环的首先通过PD环节将输入信号iv(t)和输出信号ov(t)的相位差转变为电压信号dv(t)，然后通过LF环节对dv(t)进行滤波处理，最后通过VCO环节得到输出信号ov(t)并反馈到PD环节，形成一个闭环调节系统。图1-1基本锁相环控制结构基于同步旋转坐标系的锁相环(SynchronousReferenceFramePLL,SRF-PLL)是目前应用最为广泛的锁相环结构之一，其结构如图1-2所示。从图1-2中可以看出，SRF-PLL也分为PD、LF和VCO三个部分，其中V、g和g分别为SRF-PLL估计出的电网电压的幅值、角频率和相位，ωg为电网的基准角频率，pk和ik为比例积分(ProportionalIntegral,PI)调节器的参数。图1-2基于同步旋转坐标系的锁相环结构文献[7]分析了锁相环的静态误差和动态误差对APF补偿性能的影响。静态误差过大可能导致APF装置无法维持直流侧电容电压恒定，从而不能正常工作；动态误差会使APF装置输出不必要的谐波，影响补偿效果。传统的SRF-PLL在理想电网条件下性能优异，但当电网电压严重畸变时需要降低系统的带宽来保证锁相的精度，否则SRF-PLL不能准确地提取出电网电压的相位信息，使用起来局限性较大。为了在电网电压严重畸变的条件下仍然可以准确地提取出电网电压的相位信息，国内外
燕山大学工学硕士学位论文-10-第2章单相级联H桥型有源电力滤波器工作原理2.1引言本章首先介绍了并联型有源电力滤波器的工作原理，然后介绍了单相级联H桥变流器的工作原理，最后介绍了级联H桥变流器三种不同的调制策略，分别为载波相移调制、载波层叠调制和一维空间矢量调制。2.2有源电力滤波器工作原理图2-1是并联型有源电力滤波器工作原理图，其中Us为电网电压，采用非线性负载作为系统的谐波源。有源电力滤波器主要由谐波电流检测装置和补偿电流发生装置两部分组成。有源电力滤波器首先由通过谐波检测算法检测负载电流的谐波电流分量，然后通过变流器向电网注入与谐波电流分量大小相等、相位相反的补偿电流，从而抵消电网电流中的谐波电流分量，使电网电流中仅含有基波分量，达到电能质量治理的目的。在某些场合，有源补偿装置可以同时作为无功补偿装置或负序分量治理装置使用。有源电力滤波器常采用PWM变流器作为主电路，当直流侧电容从电网吸收能量时，工作在整流状态；当直流侧电容向电网释放能量时，工作在逆变状态。图2-1并联型有源电力滤波器工作原理图有源电力滤波器工作原理的数学表达式如下式所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于并网逆变器谐波抑制的重复-比例复合控制器分析与设计[J]. 赵强松,陈莎莎,周晓宇,王晓雷,王双红. 电工技术学报. 2019(24)
[2]抗频率波动的有源电力滤波器谐波补偿控制方法[J]. 王勇,刘正春,尹志勇,王文婷,程二威. 高电压技术. 2019(10)
[3]一种新型离散域数字化并网同步方法研究[J]. 郭小强,张雪. 太阳能学报. 2019(01)
[4]抗IPS频率波动的两种改进重复控制方法[J]. 刘正春,朱长青,王勇,刘金宁,解璞. 电网技术. 2018(09)
[5]基于重复控制的有源电力滤波器6k±1次谐波补偿[J]. 郑远辉,杨苹,王月武,唐铖. 电力系统自动化. 2016(16)
[6]一种具有频率适应性的nk±m次谐波重复控制策略及其在四桥臂APF中的应用[J]. 周娟,郑婉玉,刘刚,王超,宋振浩. 电源学报. 2017(04)
[7]并联型有源滤波器主电路关键参数设计[J]. 全恒立,刘志刚,张钢,吴佐民. 电工技术学报. 2011(12)
[8]链式STATCOM直流侧电容电压控制策略研究[J]. 臧春艳,裴振江,何俊佳,苟锐锋,朱静,孙伟. 高压电器. 2010(01)
[9]单相逆变器并网控制技术研究[J]. 赵清林,郭小强,邬伟扬. 中国电机工程学报. 2007(16)
[10]级联H桥SVG直流侧电容电压的二次谐波计算[J]. 聂子玲,张波涛,孙驰,鞠竹. 电工技术学报. 2006(04)
博士论文
[1]基于27.5kV直挂式级联型APF的电气化铁路电能质量治理技术研究[D]. 吴丽然.北京交通大学 2017
[2]并联有源电力滤波器工程应用关键技术的研究[D]. 鞠建永.浙江大学 2009
硕士论文
[1]三相电流型PWM整流器SVPWM调制与控制技术研究[D]. 陈诚.西南交通大学 2019
[2]三相级联型光伏并网逆变器研究[D]. 周佳乐.燕山大学 2018
[3]锁相环对SAPF补偿特性的影响及优化措施研究[D]. 方梓熙.华中科技大学 2018
[4]三相电流源并网变换器调制与控制技术研究[D]. 贾晓瑜.燕山大学 2017
本文编号：3130240
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