智能控制及其在有源电力滤波器中的应用研究

论文摘要

有源电力滤波器（Active Power Filter-APF）是一种新型电力电子装置,可用来对电力系统中的谐波和无功电流进行综合补偿。与传统的谐波和无功电流抑制方法相比,有源电力滤波器具有很大的技术优势和良好的发展前景。由于有源电力滤波器需具有较强的实时性和准确性等工作特点,因而有可能充分地吸取现代信号处理及智能控制技术等众多学科的优点,在实现对有源电力滤波器功能优化的同时,提高有源电力滤波器的性能。本文首先介绍了谐波污染情况及其严重的危害性,综述了国内外有源电力滤波技术的发展概况以及在谐波抑制中的应用前景。以三相并联型有源电力滤波器为研究对象,对其工作原理、拓扑结构、主电路的形式、PWM的控制策略等内容作了探讨,并针对380V、补偿容量为50kVA的有源电力滤波器进行研究。在系统分析瞬时无功功率理论的基础上设计了谐波电流的检测方案,并采用了一种将自适应线性神经网络理论应用于非线性负载电流的谐波电流检测方法,在理论分析的基础上,本文对该方法进行了仿真研究,仿真结果表明该方法具有很好的实时性和较高的检测准确度以及自适应跟踪负载电流的变化等特点。由于有源电力滤波器是非线性、强耦合的复杂系统,难以建立精确的数学模型,因而使得智能控制技术在有源电力滤波器中的应用具有很大的潜力。本文将模糊控制与单神经元控制用于有源电力滤波器直流侧的电压控制,仿真结果表明,与传统PI控制方法相比,这两种控制方法都起到了很好的控制效果。另外,本文还设计一种结构简单、不依赖被控对象模型的模糊神经网络控制器（Fuzzy Neural Network Controller-FNNC）,并将其应用于有源电力滤波器的电流补偿电路中,对FNNC在有源电力滤波器中的应用进行了尝试,仿真结果验证了FNNC具有比较优良的控制品质,在APF的控制上具有可行性和有效性。因此,将智能控制技术应用于有源电力滤波器中,在实现对有源电力滤波器功能优化的同时,也提高了有源电力滤波器的性能。本文根据实际补偿情况,确定了系统的总体控制目标和总体结构。并以DSP芯片TMS320F2812为控制核心,提出了有源电力滤波器全数字化控制系统的实施方案,对控制系统的硬件电路设计和软件控制流程给出初步设计方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 谐波污染与谐波治理
• 1.1.1 谐波问题
• 1.1.2 谐波治理
• 1.2 有源电力滤波器
• 1.2.1 有源电力滤波器的发展过程及研究现状
• 1.2.2 有源电力滤波器中的测控技术及智能控制的应用
• 1.3 本文的主要工作
• 2 并联型有源电力滤波器研究基础
• 2.1 有源电力滤波器的基本原理和系统构成
• 2.1.1 有源电力滤波器基本原理
• 2.1.2 有源电力滤波器的分类
• 2.2 并联型有源电力滤波器
• 2.2.1 并联型有源电力滤波器系统的构成
• 2.2.2 谐波电流检测电路
• 2.2.3 补偿电流控制电路
• 2.3 主电路工作原理及参数设计
• 2.3.1 并联型有源电力滤波器的数学模型
• 2.3.2 主电路开关器件的选取
• 2.3.3 交流侧电感的选取
• 2.3.4 直流侧电压的设计
• 2.3.5 直流侧电容的计算
• 2.3.6 有源电力滤波器的容量
• 2.4 有源电力滤波器的系统仿真
• 2.5 本章小结
• 3 有源电力滤波器的谐波电流检测
• 3.1 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测法
• 3.1.1 瞬时无功功率理论
• 3.1.2 p-q检测法
• p-i_q检测法'>3.1.3 i_p-i_q检测法
• 3.1.4 d-q检测法
• 3.1.5 基于瞬时无功功率理论的三种检测方法的仿真比较
• 3.2 基于自适应线性神经网络的谐波电流检测方法
• 3.2.1 自适应噪声对消原理
• 3.2.2 自适应线性神经元模型
• 3.2.3 基于自适应线性神经网络理论的三相电路谐波电流检测方法
• 3.3 本章小结
• 4 有源电力滤波器智能控制
• 4.1 采用PI控制的有源电力滤波器
• 4.2 有源电力滤波器直流侧电容电压控制
• 4.2.1 有源电力滤波器直流侧电容电压模糊控制的研究
• 4.2.2 有源电力滤波器直流侧电容电压单神经元控制的研究
• 4.3 有源电力滤波器的补偿电流控制
• 4.3.1 模糊神经网络控制器的设计
• 4.3.2 基于FNNC的有源电力滤波器的补偿电流控制
• 4.4 本章小结
• 5 基于DSP的有源电力滤波器控制系统设计
• 5.1 基于TMS320F2812主控板的硬件设计
• 5.1.1 TMS320F2812主控板
• 5.1.2 通电电路设计方案
• 5.1.3 主电路运行方案
• 5.2 控制系统的软件设计
• 5.2.1 主程序
• 5.2.2 中断服务子程序
• 5.3 本章小结
• 6 结束语
• 7 参考文献
• 8 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 9 致谢