单周控制技术研究及其在有源电力滤波器中的应用

论文摘要

随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域,产生了大量的电网谐波,因此,解决电网谐波污染已成为电力电子学科的重要研究课题。有源电力滤波器(APF)作为一种抑制谐波的新型设备,它通过向电网中注入一个与负载谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流,来消除负载谐波电流对电网的污染。因此,有源电力滤波器得到了广泛的研究,并开始进入工业应用阶段。单周控制理论最早是由美国学者Keyue M.Smedley和Slobodan Cuk提出的。这种控制方法是一种通用型非线性大信号控制方法,特别适合于开关电路的控制。与其它现有的PWM控制方法相比较,单周控制方法具有响应快,抑制电源干扰和控制电路简单等特点。因此将单周控制应用到有源电力滤波器中,为有源电力滤波器控制方法提供了一条新的途径。本文对现有的有源电力滤波器的各种主电路拓扑、畸变电流检测和电流补偿控制方法进行了分析,并在此基础上将单周控制技术应用于有源电力滤波器中,随后,对多种型式的有源电力滤波器建立了相应的单周控制模型,并进行了仿真研究。本文在全面分析单相、三相三线、三线四线制有源电力滤波器的单周控制研究成果的基础上,分别对不同相数并联型和串联型的有源滤波器的单周控制问题进行了详细地讨论。通过理论分析分别导出了有源电力滤波器的单周控制数学关系,建立了单周控制模型,并对其进行了仿真分析。仿真结果验证了理论分析的正确性和可行性。本文在分析总结前人科研成果的基础上,首次把单周控制技术应用到四桥臂三相四线制串联型有源电力滤波器中,通过分析了四桥臂三相四线制有源电力滤波器平均等效电路,推导出其控制方程,建立了四桥臂三相四线制串联型有源电力滤波器的单周控制模型,并对其进行了仿真研究。仿真结果表明:单周控制三相四线制串联型有源电力滤波器能有效地实时补偿非线性负载产生的谐波、无功电流和零线电流,具有较好的补偿效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 电力谐波的产生及其危害
• 1.2 电力谐波的治理手段
• 1.3 有源电力滤波器的发展历史与研究现状
• 1.3.1 有源电力滤波器的发展历史
• 1.3.2 有源电力滤波器的研究现状
• 1.4 基于单周控制技术的有源电力滤波器的发展与现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 有源电力滤波器的基本理论
• 2.1 有源电力滤波器的基本原理
• 2.2 有源电力滤波器的分类
• 2.2.1 按拓扑结构分类
• 2.2.2 按使用变流器的类型
• 2.2.3 按电源相数分类
• 2.3 有源电力滤波器的主电路拓扑结构
• 2.3.1 并联型有源电力滤波器
• 2.3.2 串联型有源电力滤波器
• 2.3.3 串并联混合型有源电力滤波器
• 2.4 有源电力滤波器的补偿特性
• 2.5 本章小结
• 第3章 有源电力滤波器的关键技术
• 3.1 有源电力滤波器畸变电流的检测
• 3.1.1 三相电路瞬时无功理论
• 3.1.2 基于瞬时无功理论的谐波和无功电流的检测法
• 3.1.3 其它的谐波检测方法
• 3.2 有源电力滤波器补偿电流的控制方法
• 3.2.1 常用的补偿电流的控制方法
• 3.2.2 其它的补偿电流的控制方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 单周控制技术的理论基础
• 4.1 引言
• 4.2 单周控制的基本原理
• 4.2.1 单周控制理论
• 4.2.2 单周控制开关的实现
• 4.3 单周控制原理的推广
• 4.3.1 恒定开关导通时间的单周控制
• 4.3.2 恒定开关关断时间的单周控制
• 4.3.3 可变开关频率的单周控制
• 4.4 本章小结
• 第5章 单周控制在单相有源电力滤波器中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 单周控制在单相并联型有源电力滤波器中的应用
• 5.2.1 单相并联型有源电力滤波器的主电路分析
• 5.2.2 单相并联型有源电力滤波器的单周控制方程的推导
• 5.2.3 单相并联型有源电力滤波器的单周控制模型的建立
• 5.2.4 单相并联型有源电力滤波器的单周控制模型的仿真
• 5.3 单周控制在单相串联型有源电力滤波器中的应用
• 5.3.1 单相串联型有源电力滤波器的主电路分析
• 5.3.2 单相串联型有源电力滤波器的单周控制方程的推导
• 5.3.3 单相串联型有源电力滤波器的单周控制模型的建立
• 5.3.4 单相串联型有源电力滤波器的单周控制模型的仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 单周控制在三相三线制有源电力滤波器中的应用
• 6.1 引言
• 6.2 单周控制在三相三线并联型有源电力滤波器中的应用
• 6.2.1 三相三线并联型有源电力滤波器的主电路分析
• 6.2.2 三相三线并联型有源电力滤波器的单周控制方程的推导
• 6.2.3 三相三线并联型有源电力滤波器的单周控制器的建立
• 6.3 单周控制在三相三线串联型有源电力滤波器中的应用
• 6.3.1 三相三线串联型有源电力滤波器的主电路分析
• 6.3.2 三相三线串联型有源电力滤波器的单周控制方程的推导
• 6.3.3 三相三线串联型有源电力滤波器的单周控制器的建立
• 6.3.4 三相三线串联型有源电力滤波器的单周控制模型的仿真
• 6.4 本章小结
• 第7章 单周控制在三相四线制有源电力滤波器中的应用
• 7.1 引言
• 7.2 单周控制在三相四线制并联型有源电力滤波器中的应用
• 7.2.1 三相四线制并联型有源电力滤波器的主电路分析
• 7.2.2 三相四线制并联型有源电力滤波器的单周控制方程的推导
• 7.2.3 三相四线制并联型有源电力滤波器的单周控制器的建立
• 7.3 单周控制在三相四线制串联型有源电力滤波器中的应用
• 7.3.1 三相四线制串联型有源电力滤波器的主电路分析
• 7.3.2 三相四线制串联型有源电力滤波器的单周控制方程的推导
• 7.3.3 三相四线制串联型有源电力滤波器的单周控制器的建立
• 7.3.4 三相四线制串联型有源电力滤波器的单周控制模型的仿真
• 7.4 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果