APF直流侧电压控制技术的研究

论文摘要

随着工业自动化水平的不断提高,电网中大量存在的电力电子设备不可避免带来电力系统的电能质量问题,严重时会损坏设备,造成不必要的经济损失。有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)被公认为是治理谐波、改善电能质量最有效的手段之一,已成为电力电子技术应用中的一个研究热点。但是APF技术在国内的发展还远远没有达到成熟的阶段,目前电网谐波的治理还主要依赖无源滤波器,有源滤波器的很多问题需要进一步研究和完善。为此,本文对APF的主电路结构、重要器件参数的选取、无源滤波器的设计、IGBT驱动及缓冲电路的设计、直流母线软启动及过压保护电路的设计、直流母线电压控制算法进行深入的研究。这些研究工作对APF的产品化有着重要意义。本系统采用并联混合型结构,该结构采用无源滤波器与有源滤波器并联。无源滤波器担任滤除5、7、11次谐波的任务,有源滤波器则主要滤除电网中的高频分量。由于补偿电流的跟踪速度主要由交流侧电感的值决定,但是目前交流侧电感值的确定一直没有一个有效的方法,大多靠经验获得。因此,本文采用求补偿电流最大变化率的方法,通过matlab软件求得补偿电流的最大变化率,进而确定交流侧电感的值。经仿真分析,该法计算出的数值是合理的,经实际验证该参数能够保证补偿电流的跟踪速度,使APF工作于最佳状态。本文还对IGBT设计了驱动电路及RCD吸收电路。经过长时间运行测试,IGBT驱动电路能够可靠的驱动IGBT模块,并且在开关频率20KHZ的极限频率下也能稳定的触发IGBT。缓冲电路能够有效的将IGBT开关尖峰吸收,保护开关原件的安全。直流母线电压采用参数自整定模糊PI复合控制方法,该方法较以往的PI控制方法有着超调量小,控制精度高等优点,能够有效满足系统要求。本文所设计样机经过仿真及实验,得出大量实验数据和波形,实验结果证明了本文上述工作的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 谐波的概念及危害
• 1.2 APF发展现状及拓扑结构
• 1.3 本文的主要研究内容和所做的工作
• 第2章 有源电力滤波器的总体结构
• 2.1 有源电力滤波器的基本结构及原理
• 2.2 有源电力滤波器的控制策略
• 2.3 主电路各功能单元
• 2.4 检测电路板各功能单元
• 2.5 本章小结
• 第3章 APF主电路参数设计
• 3.1 无源滤波部分的设计
• 3.2 有源部分功能单元的设计
• 3.2.1 逆变桥的设计
• 3.2.2 直流侧电容的选取
• 3.2.3 直流侧电压的选取
• 3.2.4 交流侧电感的选取
• 3.3 本章小结
• 第4章 IGBT驱动及缓冲电路设计
• 4.1 IGBT驱动电路设计
• 4.1.1 电压拟制及互锁电路设计
• 4.1.2 电压监控及错误复位电路
• 4.1.3 驱动电路性能分析
• 4.1.4 PWM信号调理电路
• 4.2 缓冲电路设计
• 4.2.1 缓冲吸收电路类型
• 4.2.2 吸收保护电路工作过程
• 4.2.3 实际参数的选取
• 4.3 本章小结
• 第5章 APF软启动及过压保护电路设计
• 5.1 软启动电路的必要性
• 5.1.1 软起动实现方法
• 5.1.2 软启动电路仿真结果分析
• 5.2 过压保护电路设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 APF直流侧电压控制的研究
• 6.1 直流侧电压控制基本原理
• 6.2 直流侧电压的获得
• 6.3 直流侧电压的模糊PI复合控制
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢