三相四线制三电平有源滤波器的关键技术研究

发布时间：2017-07-13 11:15

  本文关键词：三相四线制三电平有源滤波器的关键技术研究

  更多相关文章： 有源电力滤波器 三相四线制 三电平 比例谐振 重复控制

【摘要】：随着电力电子技术的广泛应用,谐波已逐渐成为影响电网电能质量的主要原因。有源电力滤波器(APF,Active Power Filter)是补偿电网谐波的重要手段之一。相比于两电平有源滤波器,三电平APF具有电流纹波小、谐波畸变率低、硬件结构紧凑、无源器件体积小、价格低等优势,易于模块化设计和实现功率扩展,大大减小了设备体积。本文针对三相四线制系统中的并联型三电平有源电力滤波器,从系统建模、主电路及无源器件设计、谐波提取算法、电流跟踪控制、直流母线电压与中点电位平衡控制等方面进行了研究,对比例谐振与比例积分加重复控制两种电流控制方法进行了详细对比分析,并通过Matlab/Simulink仿真平台进行验证。本文搭建了一台单相额定补偿电流50A的三相三电平有源滤波器样机,详细阐述了包括供电电源、采样电路、硬件保护电路和控制电路的硬件电路设计方法,和以TMS320F28335型DSP为核心、CPLD为辅助的软件系统设计方法。通过实验平台对相关控制策略的可行性和系统软硬件设计有效性进行验证,对三相静止坐标系下基于比例谐振和带比例积分的重复控制两种电流跟踪控制方法进行比较,分析了二者优缺点。实验证明,本文设计的样机可以有效补偿三相四线制系统中的电流谐波,电网电流谐波畸变率从20%以上降至5%以下。
【关键词】：有源电力滤波器 三相四线制 三电平 比例谐振 重复控制
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM761;TN713.8
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 电力系统中的谐波源及其危害12-14
• 1.1.1 电力系统中谐波源的种类12-14
• 1.1.2 谐波的危害14
• 1.2 有源电力滤波器的研究与发展14-16
• 1.2.1 有源电力滤波器的分类14-15
• 1.2.2 并联型有源电力滤波器的研究现状15-16
• 1.3 本文的研究的主要内容16-17
• 2 三相四线制三电平有源滤波器的工作原理与主电路设计17-30
• 2.1 NPC三电平有源滤波器的工作原理17-19
• 2.1.1 并联型有源电力滤波器的工作原理17-18
• 2.1.2 NPC三电平逆变电路的工作原理18-19
• 2.2 NPC三电平有源滤波器的数学模型19-22
• 2.2.1 NPC三电平有源滤波器在三相静止坐标系下的数学模型19-21
• 2.2.2 NPC三电平有源滤波器在两相旋转坐标系下的数学模型21-22
• 2.3 NPC三电平有源滤波器的主电路设计22-28
• 2.3.1 直流母线设计22-25
• 2.3.2 LCL滤波器设计25-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 三电平并联型有源滤波器的控制策略研究30-52
• 3.1 谐波提取算法研究30-34
• 3.1.1 基于频域分析的傅里叶变换谐波检测算法30-31
• 3.1.2 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测算法31-34
• 3.2 电流控制方法研究34-43
• 3.2.1 比例谐振控制35-39
• 3.2.2 重复控制39-43
• 3.3 电压控制方法研究43-45
• 3.3.1 中点电位平衡控制的数学模型43-44
• 3.3.2 直流母线电压和中点电位平衡控制方法44-45
• 3.4 三电平有源滤波器系统仿真45-51
• 3.4.1 谐波提取算法仿真分析46-47
• 3.4.2 采用比例谐振控制的谐波补偿仿真分析47-48
• 3.4.3 采用重复控制的谐波补偿仿真分析48-49
• 3.4.4 母线电压控制的仿真分析49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 三相四线制三电平有源滤波器的样机设计52-63
• 4.1 三电平有源滤波器系统架构设计52-53
• 4.2 三电平有源滤波器系统硬件设计53-57
• 4.2.1 主功率电路及无源器件参数设计53
• 4.2.2 系统供电电源设计53-54
• 4.2.3 采样电路设计54-56
• 4.2.4 硬件保护设计56-57
• 4.2.5 控制电路设计57
• 4.3 三电平有源滤波器系统软件设计57-62
• 4.3.1 DSP程序设计58-60
• 4.3.2 CPLD程序设计60-61
• 4.3.3 ARM程序设计61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 三相四线制三电平有源滤波器实验平台搭建及实验结果63-75
• 5.1 三电平有源滤波器谐波抑制试验65-73
• 5.1.1 驱动波形调试65-66
• 5.1.2 直流母线电压的建立66-67
• 5.1.3 谐波电流补偿实验67-70
• 5.1.4 负载突变实验70-72
• 5.1.5 硬件过流保护实验72-73
• 5.2 三电平有源滤波器无功功率补偿试验73-74
• 5.3 本章小结74-75
• 6 结论与展望75-77
• 6.1 本文研究工作总结75-76
• 6.2 未来研究工作展望76-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 攻读学位期间发表的学术论文83-85

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本文编号：536717