大容量并联混合有源滤波器的设计与优化

论文摘要

随着电力电子器件的广泛应用,电力系统的谐波问题日益严重,对于中高压系统的谐波问题,大容量混合型有源电力滤波器是有效的治理手段。本文以大容量混合型有源电力滤波器为研究对象,对其谐波检测算法、无源滤波器部分参数的优化设计、谐波监测分析系统和有源部分的电流跟踪控制方法等几个方面进行了研究。实时、高精度的谐波检测算法是混合型有源电力滤波器的重要部分。本文采用神经网络来进行谐波检测,选择多层前馈神经网络作为谐波检测的神经网络结构,并对该结构进行了改进。研究了两种神经网络训练样本的构造方式,而神经网络的训练算法采用了粒子群优化算法,并通过与改进的反向传播算法对比证明了粒子群优化算法训练神经网络的优越性能。无源滤波器部分的参数选择对于整个混合型有源电力滤波器的滤波和无功补偿效果都有很大影响。本文选用粒子群优化算法对无源滤波器的参数进行优化设计,为了说明粒子群优化算法进行参数优化设计的优越性,对无源滤波器的参数也进行了基于遗传算法的优化设计和传统经验方法的设计,最后结果证明粒子群优化算法明显优于遗传算法和传统经验方法。最后通过现场采集数据的模拟实验可以看出粒子群算法设计的参数可以达到很好的滤波效果,证明了优化设计参数的实用性。谐波监测分析系统用于监测混合型有源电力滤波器的运行状况。本文用电压电流传感器、数据采集卡、工控机和触摸屏显示器等构成了该系统的硬件部分。用LabVIEW软件开发了谐波监测分析的软件,该软件可以完成参数设置、实时显示电压电流波形、快速傅立叶分析及显示分析结果等功能。有源电力滤波器的电流跟踪控制方法对于单独运行的并联有源电力滤波器的性能有很大的影响。本文介绍了三种常用方法的基本原理,用MATLAB仿真软件搭建了仿真模型,给出了三种方法的仿真结果,分析了各方法的优缺点。最后搭建了混合型有源电力滤波器的仿真模型并给出了仿真结果,滤波器良好的滤波效果证明在中高压系统中用其进行谐波治理的必要性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 谐波的产生
• 1.1.2 谐波的危害
• 1.1.3 谐波的治理
• 1.2 谐波检测算法的研究现状
• 1.3 谐波监测分析系统的发展现状
• 1.4 有源电力滤波器的发展概况
• 1.4.1 国内外有源电力滤波器的发展状况
• 1.4.2 有源电力滤波器的分类
• 1.5 并联混合有源电力滤波器的研究现状
• 1.5.1 并联混合有源电力滤波器的分类
• 1.5.2 并联混合有源电力滤波器参数的优化设计
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 基于神经网络的谐波检测算法
• 2.1 人工神经网络基础
• 2.1.1 人工神经元模型
• 2.1.2 传输函数
• 2.1.3 人工神经网络结构分类
• 2.2 基于神经网络的谐波检测算法
• 2.2.1 神经网络结构
• 2.2.2 神经网络的样本构造
• 2.2.3 神经网络的训练算法
• 2.3 算法仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 混合有源滤波器中无源部分参数的优化设计
• 3.1 无源滤波器的设计原则
• 3.1.1 无源滤波器类型及特点
• 3.1.2 无源滤波器设计原则
• 3.2 混合有源电力滤波器的结构
• 3.3 无源滤波器的多目标优化设计
• 3.3.1 优化问题描述
• 3.3.2 多目标优化问题的处理策略
• 3.3.3 基于粒子群优化算法的无源滤波器参数优化设计
• 3.4 算法实例
• 3.5 本章小结
• 第4章 混合有源滤波器控制策略
• 4.1 并联有源电力滤波器的工作原理
• 4.2 并联有源电力滤波器的控制策略
• 4.2.1 滞环电流控制方法
• 4.2.2 空间矢量控制方法
• 4.2.3 基于电压空间矢量的滞环电流控制方法
• 4.3 混合有源电力滤波器仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 谐波监测分析系统
• 5.1 谐波监测分析系统
• 5.1.1 电压、电流传感器
• 5.1.2 数据采集卡
• 5.1.3 LabVIEW软件简介
• 5.2 基于LabVIEW的谐波监测分析软件
• 5.2.1 程序流程图
• 5.2.2 前面板
• 5.3 谐波监测分析系统模拟实验结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢