有源电力滤波器谐波检测与控制算法研究

发布时间：2017-09-01 20:27

  本文关键词：有源电力滤波器谐波检测与控制算法研究

  更多相关文章： 有源电力滤波器 小波变换 小波包多孔算法 谐波检测 矢量电流跟踪策略

【摘要】：随着电力电子设备的推广应用,非线性负荷的迅速增加,电力系统谐波污染问题日趋严重,并因此受到人们普遍的关注和重视。有源电力滤波技术作为治理谐波最有效的手段,成为研究与开发的热点。本文以有源电力滤波器(APF)为研究对象,对有源电力滤波器的谐波电流检测及补偿电流控制技术进行研究,论文的主要工作和创新点如下：1.分析了几种常用的谐波检测方法和补偿电流控制方法,阐述了各种方法的原理和优缺点,为论文后续的研究奠定了基础。2.针对工程实践中常用的基于同步旋转坐标系的谐波检测方法(dq法)和基于离散傅里叶变换的谐波检测方法,分析了它们的谐波检测原理,在Matlab-Simulink中搭建了仿真模型,进行了谐波检测效果的仿真。结果表明,基于同步旋转坐标系的谐波检测方法作为谐波全补的方式,对于特定次谐波的补偿效果不是太好；基于离散傅里叶变换的谐波检测方法可以在较大范围内较为精确地提取任意次数谐波,但全谐波检测的精度取决于各次谐波的检测精度和谐波检测范围,在全谐波检测时不如基于同步旋转坐标系的谐波检测方法有效；此外,傅里叶变换本身是针对无限长度信号进行处理,离散状态下通常按周期进行处理,当谐波源呈现出非周期特性时,傅里叶变换的一维特性将导致谐波检测不准确。3.基于小波变换理论,对小波变换在谐波检测中的应用原理进行了分析,针对小波变换在谐波检测中的难题——频率混叠开展研究,分析了频率混叠现象出现的原因,在此基础上提出了一种避免频率混叠的新方法：改进的小波包多孔分解算法。这种方法的核心是构造一组小波滤波器,通过对滤波器类型、滤波器参数等的计算分析,设计得到一个用来测量基波幅值的新型滤波器。此滤波器的频率选择性好,幅频特性可以准确量化,还可以进行预修正,测量基波幅值的准确度很高。仿真结果表明,基于多孔小波包分解算法检测的谐波信号,重构后比离散傅里叶变换的更平滑,更接近原始信号,说明该算法有更好的全谐波检测效果。4.研究并提出的一种新型的矢量电流跟踪策略,该策略克服了传统电流跟踪方法跟踪速率慢、跟踪精度不理想以及开关频率不固定等问题,在三桥臂APF电压和电流分区图以及判定规则基础上,将矢量电流跟踪与三维空间矢量相结合,并根据其特殊性做出修正,从而使此方法不仅可以用于三相三线制,还可以使用在三相四线制电网系统中。通过计算和仿真验证了该方法在三相三线制和三相四线制控制系统中的有效性和正确性。5.在基于DSP与FPGA的两电平三相三线制和三相四线制有源电力滤波器实验样机上,进行了本文研究的有源电力滤波器的谐波检测算法及控制算法的实验验证,实验结果验证了它们的有效性。
【关键词】：有源电力滤波器 小波变换 小波包多孔算法 谐波检测 矢量电流跟踪策略
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM761;TN713.8
【目录】：

• 致谢9-10
• 摘要10-12
• abstract12-21
• 第一章 绪论21-41
• 1.1 电力谐波治理方法及APF应用21-24
• 1.1.1 谐波的产生21-22
• 1.1.2 谐波的危害22
• 1.1.3 谐波的治理方法22-24
• 1.2 有源电力滤波器及其研究背景24-27
• 1.2.1 APF的工作原理24-25
• 1.2.2 APF的分类25-27
• 1.3 APF谐波检测方法研究现状27-34
• 1.4 有源电力滤波器的补偿电流控制算法34-39
• 1.4.1 滞环比较控制35
• 1.4.2 单周脉宽控制35-36
• 1.4.3 预测控制36
• 1.4.4 无差拍控制36-37
• 1.4.5 空间矢量调制控制37-38
• 1.4.6 滑模变结构控制38
• 1.4.7 比例谐振控制器38
• 1.4.8 重复控制38-39
• 1.5 本文主要内容和章节安排39-41
• 第二章 APF的结构与谐波检测方法41-53
• 2.1 有源电力滤波器的主电路拓扑结构41-43
• 2.2 基于同步旋转坐标系的谐波检测方法(dq法)43-48
• 2.3 基于离散傅里叶变换的检测方法48-51
• 2.3.1 傅里叶级数48
• 2.3.2 离散傅里叶变换48-49
• 2.3.3 基于离散傅里叶变换的谐波检测算法49-51
• 2.4 本章小结51-53
• 第三章 基于改进小波包分解的谐波检测算法53-79
• 3.1 小波及小波包变换53-61
• 3.1.1 小波变换53
• 3.1.2 连续小波变换53-54
• 3.1.3 连续小波变换的离散化54-55
• 3.1.4 多分辨分析与Mallat算法55-59
• 3.1.5 小波包变换59-61
• 3.2 频率混叠现象61-63
• 3.3 小波幅频特性与混叠的关系63-65
• 3.4 改进的小波包多孔分解算法65-74
• 3.4.1 多孔算法65-67
• 3.4.2 改进的小波包多孔算法一滤波器的多孔化67-69
• 3.4.3 多孔滤波器的幅频特性69-74
• 3.5 仿真结果和分析74-78
• 3.6 本章小结78-79
• 第四章 电流跟踪控制方法79-95
• 4.1 有源电力滤波器的电流跟踪控制策略79-85
• 4.1.1 传统电流跟踪策略79-81
• 4.1.2 新型矢量电流跟踪策略81-85
• 4.2 三相四线制APF的矢量电流预测法85-90
• 4.2.1 传统三维矢量划分法85-86
• 4.2.2 传统三维矢量划分方法的修正方法86-90
• 4.3 仿真实验90-94
• 4.3.1 三相三线制有源电力滤波器仿真实验90-91
• 4.3.2 三相四线制有源电力滤波器仿真实验91-94
• 4.4 本章小结94-95
• 第五章 实验平台与实验结果95-103
• 5.1 APF实验平台95-96
• 5.1.1 APF类型与拓扑结构95
• 5.1.2 主电路结构95-96
• 5.2 硬件电路96-98
• 5.2.1 三相四线制APF的硬件电路96-97
• 5.2.2 三相三线制APF的硬件电路97-98
• 5.3 实验平台实物图98-99
• 5.3.1 三相四线制APF的实物图98
• 5.3.2 三相三线制APF的实物图98-99
• 5.4 算法框图99-100
• 5.4.1 谐波检测算法框图99-100
• 5.4.2 电流跟踪控制算法框图100
• 5.5 实验结果100-101
• 5.5.1 三相四线制APF实验结果100-101
• 5.5.2 三相三线制实验结果101
• 5.6 本章小结101-103
• 第六章 总结与展望103-105
• 6.1 本文工作总结103-104
• 6.2 未来工作展望104-105
• 参考文献105-110
• 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况110

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本文编号：774246