三相串联型有源电力滤波器的研究与设计

论文摘要

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,已引起世界各国的广泛关注。有源电力滤波器(APF)作为一种治理电网谐波行之有效的方法,能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿效果不受电网阻抗的影响,因而成为谐波抑制的重要趋势。目前并联型的有源电力滤波器已经得到很好的发展和应用,而串联型有源电力滤波器由于其控制较为困难,发展相对滞后,但是串联型有源电力滤波器的电路结构特点更适合抑制电压型谐波源,因此,在电压型谐波源日益增多的今天,研究串联型有源电力滤波器有着特殊的意义。论文首先介绍了串联型有源电力滤波器的基本结构和原理,进而提出了基于瞬时无功功率理论的三相电路谐波电压检测方法。仿真分析结果表明,本文提出的谐波电压检测方法精度高、实时性好,能准确地检测出系统中所含有的谐波电压,适合应用于串联型有源电力滤波器。第三章首先介绍了检测电源谐波电流控制方式、检测负载谐波电压控制方式,进而提出了复合控制方式。接着讨论了PWM变流器的控制方法以及直流侧电容电压的控制策略。第四章主要对三相串联型有源电力滤波器主电路及系统各部分电路进行了深入地研究,详细讨论了主电路开关器件的选择、直流侧电容电压的选取和电容值的确定,隔离变压器参数的选择,高频滤波器参数的选择。这些参数的选择很大程度上决定了APF的补偿性能。在前几章的基础上,第五章利用Matlab/simulink对三相串联型有源电力滤波器进行了系统的建模与仿真。对比分析了几种不同的控制策略下,补偿性能的差异。最终证明,串联型有源电力滤波器能够很好地补偿电压型谐波源。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 电网谐波的起因
• 1.2 电网谐波的危害
• 1.3 谐波抑制方法
• 1.4 有源电力滤波器研究现状
• 1.5 本文所作的工作
• 第2章 串联型有源电力滤波器基本理论
• 2.1 有源电力滤波器
• 2.1.1 有源电力滤波器的分类
• 2.1.2 串联型有源电力滤波器的结构与基本原理
• 2.1.3 串联型有源电力滤波器的工作原理
• 2.1.4 串联型APF和并联型APF在补偿电压型谐波中的比较
• 2.1.5 串联型有源电力滤波器的主电路的形式
• 2.2 三相电路谐波电压实时检测方法
• 2.2.1 三相电路瞬时无功功率理论基础
• 2.2.2 基于瞬时无功功率理论的谐波电压检测方法
• 2.3 检测电路中低通滤波器的设计
• 2.4 谐波检测的仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 串联型有源电力滤波器控制策略研究
• 3.1 检测电源谐波电流控制方式
• 3.1.1 工作原理
• 3.1.2 控制电路
• 3.2 检测负载谐波电压控制方式
• 3.2.1 工作原理
• 3.2.2 检测负载谐波电压方式的控制电路
• 3.3 串联型有源电力滤波器的复合控制方式研究
• 3.3.1 复合控制方式的工作原理
• 3.3.2 复合控制方式电压指令的计算
• 3.4 直流侧电容电压控制方案
• 3.5 PWM控制方式的研究
• 3.5.1 定时瞬值比较PWM控制方式
• 3.5.2 三角波比较PWM控制方式
• 3.5.3 滞环瞬时值比较方式
• 3.5.4 带微分环节的滞环电压控制方式
• 3.6 本章小结
• 第4章 三相串联型有源电力滤波器的设计
• 4.1 串联型有源电力滤波器容量的计算
• 4.2 主电路功率开关器件的选择
• 4.3 直流侧电压及稳压电容的选取
• 4.3.1 直流侧电压大小的确定
• 4.3.2 直流侧电容大小的确定
• 4.4 隔离变压器T的参数选择
• 4.5 高频LC滤波器参数的选取
• 4.6 主要技术参数
• 4.7 本章小结
• 第5章 三相串联型有源电力滤波器的建模与仿真
• 5.1 Matlab/Simulink仿真软件及simpowersystem工具箱简介
• 5.2 有源电力滤波器仿真模型设计
• 5.2.1 三相交流电源建模
• 5.2.2 谐波源建模
• 5.2.3 串联型有源电力滤波器建模
• 5.3 仿真实验及结果分析
• 5.3.1 在不同控制方式下的补偿效果
• 5.3.2 在负载突变状况下的补偿效果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢