三相四线制有源电力滤波器关键技术研究

发布时间：2017-04-14 13:12

  本文关键词：三相四线制有源电力滤波器关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域,这些负载的非线性、冲击性和不平衡的用电特性,使电网中暂态冲击、无功功率、高次谐波及三相不平衡问题日趋严重,对电网的供电质量造成了严重影响。因此,消除电网中的谐波污染已成为电能质量研究中的一个重要课题。有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)是解决电能质量问题的有效装置,可以补偿电网的谐波和无功功率、提高电能质量、增强电网的可靠性和稳定性,其良好的滤波性能引起了人们的广泛关注。本文对电流谐波检测、输出电流控制策略、直流侧电压设计与控制等影响APF性能的关键技术进行了深入研究,对提高APF性能具有重要的理论和实际意义。针对常用的瞬时无功功率和FBD谐波检测算法的不足,在分析这两种算法的基础上,找出其内在联系,将两种算法相结合,提出一种改进的谐波检测方法。该方法省去了不必要的零序电流分离环节,减少了传统瞬时无功功率算法因坐标变换引起矩阵运算,降低了算法的复杂性,大大减少了计算量,降低了软件开销,并保证了良好的实时性,提高了谐波检测的动态性能。对零轴电流进行单独提取,并对上下电容的进行均压控制,克服了传统FBD算法中无法对直接对电容中分式APF的上下电容进行均压控制,补偿欠缺灵活性的不足,确保算法在三相四线制电容中分式APF中的可行性。采用改进的移动平均算法代替低通滤波器,避免低通滤波器采样和计算过程中产生的滞后误差,提高了谐波检测精度。所提出的方法对于提高谐波检测性能,改善有源滤波器补偿效果具有实际意义。在深入分析和推导传统3D-SVPWM调制算法的基础上,证明传统算法在其运算的过程中是可以省略和简化的,并由此对传统算法进行改进,提出一种优化的3D-SVPWM调制算法。所提出的算法可以在系统稳态、动态和负载不平衡等情况下仍然保证良好的效果和性能,而且在此前提下极大的简化了传统的调制算法,改变传统算法过程复杂、计算量大的不足,增强调制算法的适用性和稳定性,减轻了系统的软硬件负担,为系统其他部分的控制算法的设计和改良提供了更多的空间资源。在此基础上,可进一步探索在其他三相四线制电气设备上的应用和改进,具有理论和实际应用意义。分析APF直流侧电压值和电网电压、负载电流、系统参数间的数学关系,在此基础上通过数学推导得出APF正常运行所需的直流侧最小电压值,并提出自适应直流侧电压指令值控制器。通过该控制器,在保证APF正常工作的前提下,APF的直流侧电压指令值将设定在所需的最小值,改变传统的根据经验设定直流侧电压值的做法。由此,系统因直流侧电压产生的电能消耗及开关损耗将得到有效减小。并且,随着谐波电流和电网电压的变化,直流侧电压指令值将会自适应的设定在不同的最小值,避免因谐波电流和电网电压的波动给系统运行和补偿效果带来的影响。针对现有对于直流侧电压控制对APF补偿性能影响研究的空缺,分析并推导了直流侧电压控制与直流侧电压控制性能及APF补偿性能的内在联系。为了克服现有直流侧电压控制方法的不足,提出一种非线性变参数直流侧电压控制策略。该控制器的控制参数可根据直流侧电压指令值和实际值间的差值自适应的变化,同时满足直流侧电压控制和系统稳态补偿性能的要求。综上所述,本论文对电流谐波检测、电流控制策略、电流调制算法、直流侧电压控制等影响APF性能的关键技术进行了深入研究,提出了瞬时无功功率和FBD谐波检测算法相结合的谐波检测方法;推导并简化电流控制调制策略,提出优化的3D-SVPWM调制算法;推导了直流侧电压最小值,提出了自适应的直流侧指令电压控制器;分析了直流侧电压控制对APF系统稳态补偿性能的影响,提出了非线性变参数PI直流侧电压控制器。通过仿真及三相四线制电容中分式APF样机中的实验,证明了本文的推导设计及所提出算法的可行性和优越性,对提高APF整体性能具有重要的理论和实际意义。
【关键词】：APF 谐波检测 3D-SVPWM调制 直流侧最小电压值 自适应电压控制器
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM761;TN713.8
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 三相四线制有源电力滤波器研究背景13-16
• 1.2.1 有源电力滤波器的发展13-15
• 1.2.2 有源电力滤波器的关键技术15-16
• 1.3 三相四线制有源电力滤波器研究进展16-23
• 1.3.1 电流谐波检测方法16-18
• 1.3.2 补偿电流控制策略18-19
• 1.3.3 电流脉宽调制策略19-20
• 1.3.4 直流侧电压指令值设计20-21
• 1.3.5 直流侧电压控制对系统补偿效果的影响21-22
• 1.3.6 直流侧电压控制策略22-23
• 1.4 课题研究的意义与创新性23-24
• 1.5 论文主要内容的安排24-26
• 本章小结26-27
• 第二章 三相四线制有源电力滤波器谐波检测方法27-40
• 2.1 引言27-28
• 2.2 改进的电流谐波检测算法28-35
• 2.2.1 改进谐波检测算法的推导28-32
• 2.2.3 零序电流的处理32-33
• 2.2.4 改进的移动平均值法取代低通滤波器33-34
• 2.2.5 改进检测算法与传统检测算法特性比较34
• 2.2.6 改进谐波检测算法总体框图34-35
• 2.3 仿真与实验验证35-39
• 2.3.1 仿真验证35-37
• 2.3.2 实验验证37-39
• 本章小结39-40
• 第三章 三相四线制有源电力滤波器电流控制器设计40-56
• 3.1 引言40-41
• 3.2 三相四线制电容中分式APF数学模型41-43
• 3.3 APF数学模型的线性化43-47
• 3.4 电流控制器的设计47-51
• 3.4.1 PI与重复控制并联复合控制47
• 3.4.2 PI控制器的设计47-49
• 3.4.3 重复控制器的设计49-51
• 3.5 仿真与实验验证51-55
• 3.5.1 PI与重复控制51-53
• 3.5.2 逆系统线性化53-55
• 本章小结55-56
• 第四章 三相四线制有源电力滤波器电流调制技术56-65
• 4.1 引言56
• 4.2 三维空间矢量脉宽调制的优化设计56-61
• 4.3 仿真与实验验证61-64
• 本章小结64-65
• 第五章 有源电力滤波器直流侧电压指令值设计65-81
• 5.1 引言65
• 5.2 直流侧自适应最小电压值设计65-73
• 5.2.1 直流侧最小电压指令值的推导65-70
• 5.2.2 直流侧最小电压指令值的自适应控制70-73
• 5.3 仿真和实验73-80
• 5.3.1 直流侧最小电压值的仿真与实验73-76
• 5.3.2 直流侧电压值自适应控制器的仿真与实验76-80
• 本章小结80-81
• 第六章直流侧电压控制对补偿性能的影响81-97
• 6.1 引言81
• 6.2 直流侧电压控制对系统性能的影响81-86
• 6.2.1 直流侧电压控制器对直流侧电压控制性能的影响82-84
• 6.2.2 直流侧电压控制器对系统稳态补偿性能的影响84-86
• 6.3 非线性变参数直流侧电压控制器86-89
• 6.3.1 非线性PI控制器86-87
• 6.3.2 非线性控制器参数值的限制87-89
• 6.4 仿真和实验89-95
• 6.4.1 直流侧电压控制对直流侧电压动态性能的影响89-90
• 6.4.2 直流侧电压控制对系统稳态补偿性能的影响90-94
• 6.4.3 非线性变参数直流侧电压控制94-95
• 本章小结95-97
• 结论97-101
• 1 本文所做的主要工作97-98
• 2 对进一步研究的展望98-101
• 附录101-102
• 参考文献102-113
• 攻读博士学位期间发表的学术论文113-115
• 致谢115-116
• 附件116

【参考文献】

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本文编号：306071