基于单周控制的有源电力滤波器的研究

论文摘要

本文主要针对大量电力电子设备,尤其是逆变电源设备所带来的谐波问题进行研究并确定解决办法。随着电力电子技术的发展及电力电子装置的普遍应用,在电力系统中产生了大量的电力谐波,谐波问题己引起了世界各国的广泛关注和重视。有源电力滤波器(APF)是治理电网谐波的一种行之有效的方法,已成为学界研究的热点。单周控制理论是20世纪90年代初发展起来的一种大信号、非线性控制技术,它具有结构简单、控制精度高、响应速度快等优点,并已在众多领域中得到应用。本文就单周控制在有源滤波器中的应用进行了研究和试验。本文首先探讨了单周控制的研究现状及单周控制理论的新发展,主要包括单周控制系统的可行性研究、建模、稳态和动态性能分析以及一些对单周控制的改进措施。在熟悉有源电力滤波器的原理以及结构与类型的基础上,分析了有源滤波器的各种控制方法,并对其优缺点进行了比较。在详细分析单周控制单相APF稳态工作过程的基础上,根据电路实际工作时各个电压、电流量的变化以及它们之间的关系,总结了关键中间量Vm的计算方法,给出了PI调节器中P和I环节的物理意义及应满足的条件,同时给出了PI调节器参数选择应该遵循的原则,对控制器参数选择具有一定的指导作用。最后采用PSIM7.0软件进行单周控制单相滤波的仿真,证明了这种控制方式的正确性和可行性。在比较了三桥臂和四桥臂三相四线制APF特点的基础上,选择四桥臂三相四线制APF方案,推导出单周控制四桥臂三相四线制APF的控制方程,根据方程式的形式构造相应的硬件电路。最后采用MATLAB7.1针对电力电子中采用最为广泛的逆变电源进行滤波仿真,证明了这种控制方式的正确性和可行性。通过三相有源电力滤波器实验平台的试验,验证了理论分析和仿真结果,证明了单周控制用于实际装置的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 谐波的产生及其危害
• 1.2 电能质量标准
• 1.3 无功补偿与谐波抑制
• 1.4 有源电力滤波器的的研究现状
• 1.5 本文所做的主要工作
• 第二章 有源滤波器总体方案选择
• 2.1 有源滤波器的基本原理
• 2.2 有源滤波器的结构与类型
• 2.3 有源滤波器的控制方法
• 2.4 单周控制的理论研究
• 2.4.1 单周控制变换器的可行性研究
• 2.4.2 单周控制的发展前景
• 2.5 单周控制有源滤波器总体结构
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于单周控制的有源电力滤波器的建模
• 3.1 单周控制的基本原理
• 3.2 有源电力滤波器功率级模型分析
• 3.3 单周控制单相有源电力滤波器控制方程的推导
• 3.4 单周控制直流侧APF
• 3.5 直流分量的抑制
• 3.5.1 直流分量产生的机理
• 3.5.2 抑制直流分量的控制策略
• 3.6 本章小结
• 第四章 单周控制APF 主电路和控制电路的设计
• 4.1 主电路参数的设计
• 4.1.1 电感L 的确定
• 4.1.2 电容电压Uc 的确定
• 4.2 控制器PI 环节的意义和参数估算
• m 的数值大小及其与负载的关系'>4.2.1 V_m的数值大小及其与负载的关系
• c的稳定与V_m 的关系'>4.2.2 V_c的稳定与V_m的关系
• 4.2.3 P 参数的估算
• 4.2.4 PI 环节I 参数对电路性能的影响及其应满足的要求
• 4.3 具体电路的计算仿真
• 4.3.1 仿真参数计算
• 4.3.2 仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于单周控制的三相四线制APF 的设计
• 5.1 基于单周控制的三相四线制APF 的建模
• 5.2 单周控制四桥臂三相四线制APF 控制器结构
• 5.3 单周控制四桥臂三相四线制APF 的仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验研究
• 6.1 控制电路的实现
• 6.1.1 积分复位电路
• 6.1.2 时钟电路
• 6.1.3 RS 触发器
• 6.1.4 启动电路
• 6.1.5 保护电路
• 6.1.6 驱动电路
• 6.2 实验结果与分析
• 6.3 本章小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文