电力系统谐波检测及有源抑制技术的研究

论文摘要

随着电力电子装置的广泛应用,在给电能的变换应用带来方便的同时也给电力系统带来了严重的谐波和无功污染。为此,研究有源电力滤波器以补偿电力电子装置所引起的谐波和无功污染已成为电力电子应用技术中的一个重大研究课题。由于有源滤波器的初期投资比较高,限制了其进一步应用与发展。将有源滤波器与无源滤波器相结合构成混合有源滤波器,可有效地降低有源滤波器的容量,更利于工程应用。本文首先研究了谐波及无功的检测问题,然后以补偿谐波和无功电流为目的,从控制理论和系统参数优化设计两个方面对并联有源滤波器和混合有源滤波器进行了深入的研究,研究内容包括以下几个方面:新型谐波及无功检测算法的研究。传统自适应谐波检测算法中步长的选择需要在收敛速度与稳态精度之间进行折衷考虑,降低了算法的实用性。为了克服此局限性,本文提出了一种改进的变步长自适应谐波电流检测方法,它利用滑动积分器提取出真正的跟踪误差,并采用带有自调整因子的模糊调整器来动态调整算法的步长,从而提高了谐波检测的动态响应速度与稳态精度。为了简化系统设计并易于硬件DSP实现,本文采用了非均匀量化的模糊化和清晰化规则,而且由于自调整因子的存在,此模糊调整器可以根据检测系统的实际情况对调整规则进行自动、实时地调整,增强了整个算法的鲁棒性。最后讨论了该算法在三相系统及各次谐波或无功均需检测情况下的应用,拓宽了算法的应用范围。并联有源滤波器控制策略的研究。为了实现并联有源滤波器的电流无差跟踪控制,本文将广义积分控制器引入APF电流跟踪控制环节中,并对有源滤波器广义积分控制策略及其无差特性进行了详细的分析研究。为了进一步提高控制系统的鲁棒性和抗干扰性,本文设计了一个辅助模糊调整器来根据系统的实际情况,实时地调整广义积分控制器的参数,以同时取得较好的稳态精度与动态响应速度。有源滤波器控制的另一个方面是直流侧电容电压的控制。为了更好地设计直流侧电压控制器,使直流电容电压稳定在参考值上,并实现有源滤波器平滑地投入启动,本文设计了直流侧电容电压的模糊和PI复合控制器。此控制器可以根据系统的实际情况对控制规则进行自动、实时地调整,具有PI控制稳态精度高、模糊控制鲁棒性强及自适应的优点。单调谐混合有源滤波器优化设计方法。本文推导分析了现有常用的并联混合有源滤波器中有源部分的容量与直流侧电容电压特性,并对各种混合拓扑结构的容量进行了详细的分析比较。在此基础上,针对单调谐混合有源滤波器,区别于已有的设计思路,基于有源滤波部分容量最小的原则,提出了单调谐混合有源滤波器中无源滤波支路参数的一种新的优化设计方法。并针对所设计的拓扑结构,提出了一种新型复合控制策略,在不影响系统稳定性的基础上,提高了系统的滤波性能,保证了混合有源滤波器小容量下良好的运行性能。适用于中、高压情况下的大容量混合有源滤波器多目标优化设计的研究。本文依托一个课题项目为背景,设计了一套并联混合有源滤波器,并将混合有源滤波器参数设计问题转化为一个多目标加约束的优化问题,详细地建立了其多目标优化模型,综合考虑了系统成本、滤波效果、无功补偿等因素,并将系统失谐性测试作为约束条件来处理。在此基础上,首次将粒子群优化算法引入混合有源滤波器多目标优化设计问题的求解当中。通过对混合滤波系统进行优化设计的研究,可以更加合理地设计和优化它们的各个参数,从而更好地发挥它们的作用,对保证系统的正常工作,提高整个混合有源滤波器的经济性、实用性起到了至关重要的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 谐波现象及危害
• 1.2.1 谐波现象
• 1.2.2 谐波危害
• 1.3 谐波检测方法
• 1.4 谐波抑制措施
• 1.5 有源滤波技术发展现状
• 1.5.1 有源电力滤波器的分类和拓扑结构的发展
• 1.5.2 有源电力滤波器的控制技术综述
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 新型变步长自适应谐波检测算法
• 2.1 前言
• 2.2 自适应线性神经元及其算法
• 2.2.1 自适应线性神经元模型
• 2.2.2 梯度与最速下降法
• 2.2.3 LMS 算法
• 2.3 基于自适应噪声对消原理的谐波检测算法
• 2.3.1 自适应噪声对消原理
• 2.3.2 自适应谐波检测系统
• 2.3.3 传统自适应谐波检测算法的缺点
• 2.3.4 新型变步长自适应谐波检测算法
• 2.3.5 新型自适应检测算法仿真验证
• 2.3.6 新型自适应检测算法实验验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 并联有源滤波器新型复合控制策略
• 3.1 前言
• 3.2 并联有源滤波器数学模型与补偿原理分析
• 3.2.1 并联有源滤波器数学模型
• 3.2.2 并联有源滤波器补偿原理
• 3.3 基于模糊自调整的广义积分电流控制策略
• 3.3.1 广义积分控制器的原理分析
• 3.3.2 广义积分迭代控制算法的研究
• 3.3.3 广义积分迭代控制算法的稳态无差特性分析
• 3.3.4 改进的广义积分迭代控制算法
• 3.3.5 仿真与实验验证
• 3.4 有源滤波器直流侧电压模糊复合控制策略
• 3.4.1 模糊电压控制器的设计
• 3.4.2 复合控制器的设计
• 3.4.3 仿真和实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 单调谐混合有源滤波器优化设计
• 4.1 前言
• 4.2 并联混合有源滤波器滤波特性与容量分析
• 4.2.1 常用并联混合有源滤波器
• 4.2.2 并联混合有源滤波器滤波原理分析
• 4.2.3 并联混合有源滤波器容量分析比较
• 4.2.4 直流侧电容电压的工作特性
• 4.3 单调谐混合有源滤波器的优化设计
• 4.3.1 系统参数的优化设计
• 4.3.2 复合控制器的设计
• 4.3.3 仿真与实验验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 大容量混合有源滤波器多目标优化设计
• 5.1 前言
• 5.2 粒子群优化算法
• 5.3 混合有源滤波器多目标优化设计的研究
• 5.3.1 无源滤波器的特点及设计原则
• 5.3.2 混合有源滤波器多目标优化设计
• 5.4 设计实例的研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的论文
• 致谢
• 个人简历