基于重复控制的有源电力滤波器控制算法

论文摘要

随着现代工业技术水平的提高，电网污染问题也日趋得到人们的重视。在补偿电流谐波、改善电网电能质量的措施中，有源电力滤波器起着重要的作用，其补偿的关键在于，准确的电流谐波检测方法和实时的补偿控制技术。本文以三相畸变且不平衡负载为研究对象，为了实现谐波电流的抑制和无功功率的补偿，对并联型有源电力及相关问题进行了深入的研究。提出了一种基于重复控制的有源电力滤波器设计方案，重点讨论了三相畸变且不平衡负载情况下的谐波检测方法和控制策略。本文首先介绍了电网中谐波和无功电流的产生原因与危害，以及谐波抑制和无功补偿的研究意义。对于有源电力滤波器中广泛使用的谐波检测方法和控制方式进行了分析和对比，特别是对适用于三相畸变且不平衡负载的谐波检测方法进行了深入研究。目前大多数系统采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波检测算法，但是通过该方法只能计算出对称的三相基波，因而注入电网中的补偿电流将包含三相电流的不平衡分量。这对于仅仅需要高次谐波补偿的不平衡负载会造成很大浪费。为了实现不平衡负载谐波电流的精确检测，本文在ip-iq检测算法的基础上，提出了改进型ip-iq算法、基于滑窗的傅里叶变换法以及单相有功分量检测法，并比较了三者的综合检测性能。接着本文介绍了三相有源电力滤波器的主电路结构和工作原理。在主电路控制环节，由于APF的控制谐波电流给定信号通常是周期性的脉动交流信号，传统的PID控制器，以及基于PID的线性最优控制、鲁棒性控制等算法均无法实现脉动信号的无误差追踪。为了达到更好的补偿效果，本文提出了以内模原理为核心的重复控制技术。论文详细阐述了重复控制的基本思想和组成结构，给出了重复控制器各个环节的设计过程，并针对本文的控制对象进行了频率特性分析和系统稳定性分析，证明了重复控制可以大大提高系统的谐波控制精度。最后，将本文所提出的电流检测方法和重复控制策略结合，构成一个完整的有源电力滤波系统，应用MATLAB/Simulink模块对整体系统进行仿真。仿真结果表明，该系统能够准确、迅速的检测并补偿电网谐波电流，具有很好的系统综合性能。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 电网品质与谐波补偿
• 1.1 电力系统谐波问题
• 1.1.1 谐波与无功功率的产生
• 1.1.2 谐波与无功功率的危害
• 1.2 电力电子技术发展现状与谐波治理技术
• 1.2.1 电力电子技术发展现状
• 1.2.2 谐波问题的解决方法
• 1.2.3 有源电力滤波器的国内外发展现状及前景
• 1.3 并联型 APF 检测方法与控制方式
• 1.3.1 补偿电流检测技术
• 1.3.2 APF 谐波控制技术
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 不平衡负载的电流谐波检测
• iq 谐波检测法'>2.1 ip_iq 谐波检测法
• 2.1.1 三相三线制不平衡负载的谐波检测
• 2.1.2 三相四线制下电流谐波检测
• 2.1.3 单相电流谐波检测
• 2.1.4 仿真结果与分析
• 2.2 基于傅里叶分析的滑窗迭代检测算法
• 2.2.1 算法描述
• 2.2.2 仿真结果与分析
• 2.3 单相电路有功电流分离法谐波检测
• 2.3.1 算法原理
• 2.3.2 三相三线制电路谐波与无功功率检测
• 2.3.3 仿真结果与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 并联型有源电力滤波器系统结构
• 3.1 并联型 APF 的数学模型
• 3.1.1 三相三线制 APF 数学模型，
• 3.1.2 三相四线制 APF 数学模型
• 3.2 主电路参数设计
• 3.2.1 直流侧参考电压计算
• 3.2.2 直流侧电容容量计算
• 3.2.3 主电路电感参数估算
• 3.3 谐波控制方式
• 3.3.1 基于三角载波的 PI 调节器控制
• 3.3.2 计算 PI 参数
• 3.4 本章小结
• 第四章 重复控制在有源电力滤波器中的应用
• 4.1 内模原理
• 4.2 系统稳定条件
• 4.2.1 改进前的重复控制器稳定条件
• 4.2.2 改进前的重复控制器稳定条件
• 4.3 重复控制系统的设计
• 4.3.1 S（z）设计
• 4.3.2 Q（z）设计
• 4.3.3 仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统仿真
• 5.1 三相三线制并联型有源电力滤波器系统仿真
• 5.1.1 直流侧电压调节单元
• 5.1.2 谐波电流检测单元
• 5.1.3 谐波指令控制模块
• 5.2 系统启动电流控制
• 5.3 APF 系统特征
• 5.3.1 主电路 PI 控制调节
• 5.3.2 主电路使用重复控制器
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文