三相并联型有源电力滤波器控制系统的设计与研究

论文摘要

随着电力电子技术的发展,各种电力电子设备等非线性负载在电网中的大规模使用,电力系统谐波污染问题越来越严重。有源电力滤波器（APF, active power filter）因其补偿谐波良好的性能,已经成为治理电力系统谐波问题,改善电能质量的有效手段,有广阔的应用前景。本文首先介绍了谐波的定义,危害和治理措施,概括了有源电力滤波器的特点、研究现状和发展。分析了有源电力滤波器的分类、结构和工作原理。实时、精确的进行谐波电流的检测对于有源电力滤波器补偿性能至关重要。本文对基于瞬时无功理论的谐波检测方法p—q法和ip—iq法进行了详述,并对ip—iq法进行了性能分析,并在此基础上做出了零点校正,通过仿真可以验证校正后可以改善ip—iq检测法在负责突变时的动态性能,同时使用一种滑窗低通滤波器,它能有效地提高系统实时性和跟随特性,通过仿真得到了验证。另外,对基于FBD谐波检测法应用在三相谐波检测做出了分析,对FBD法的滞后误差进行了建模分析,提出了一种改进FBD法,可以提高响应能力并减小计算量。通过建立简易延迟模型对APF系统的延迟效应导致的谐波补偿失效性做了相应分析,引入了一种控制延迟补偿策略,通过仿真验证了其对改善高次谐波补偿效果的有效性。对有源电力滤波器的电流控制策略和直流侧电压控制策略进行了分析和研究,将模糊自适应PI控制应用在直流侧电压控制中。对APF并网的问题进行了分析,提出两种抑制并网冲击电流的方法,经过仿真验证了其有效性。在MATLAB/Simulink环境中构造了三相三线制并联有源电力滤波器,并对提出的谐波检测方法和控制策略进行了仿真对比分析。最后,在理论分析和仿真结果的基础上,根据系统需要检测的信号,对检测电路包括电流电压检测电路,过零电压检测和锁相环倍频电路进行了设计。设计了基于DSP-TMS320F2812的并联有源电力滤波器系统软件控制流程,详细的介绍了利用TI公司提供的Filter Library对数字低通滤波器进行设计的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 谐波及其危害
• 1.2.1 谐波的基本概念
• 1.2.2 谐波的危害和治理
• 1.3 有源电力滤波器的发展
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 有源电力滤波器概述
• 2.1 有源电力滤波器的分类
• 2.2 三相三线制并联型有源电力滤波器
• 2.3 主电路参数的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 有源电力滤波器谐波电流检测
• 3.1 瞬时无功理论以及谐波检测方法
• 3.1.1 瞬时无功功率理论
• 3.1.2 p-q谐波检测法
• 3.1.3 ip-iq谐波检测法
• 3.1.4 数字低通滤波器的选择与设计
• 3.2 基于瞬时无功理论的谐波检测法的改进
• 3.2.1 ip-iq谐波检测方法的数学模型
• 3.2.2 ip-iq谐波检测方法性能分析
• 3.2.3 ip-iq法性能改进之一及其仿真分析
• 3.2.4 ip-iq法性能改进之二及其仿真分析
• 3.3 基于FBD法的谐波电流检测及其改进
• 3.3.1 基于FBD法的三相谐波检测
• 3.3.2 FBD检测法的滞后误差分析及其改进
• 3.3.3 仿真分析
• 3.4 有源电力滤波器延迟效应分析和延迟补偿策略
• 3.4.1 延迟对谐波补偿失效性的影响
• 3.4.2 控制延迟补偿策略
• 3.4.3 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 有源电力滤波器的控制策略
• 4.1 并联型APF的电流PWM控制方法
• 4.1.1 滞环比较控制方式
• 4.1.2 三角载波比较方式
• 4.1.3 其他控制方法
• 4.2 直流侧电压的控制
• 4.2.1 有源电力滤波器系统与电网的功率关系
• 4.2.2 直流侧电压的确定
• 4.2.3 直流侧电压PI控制方法
• 4.3 模糊自适应PI控制的应用
• 4.3.1 模糊自适应PI控制系统设计
• 4.3.2 模糊自适应PI控制仿真分析
• 4.4 有源电力滤波器并网问题
• 4.4.1 电压过零时刻并网
• 4.4.2 接入串联电阻并网
• 4.5 本章小结
• 第5章 有源电力滤波器的系统仿真
• 5.1 有源电力滤波器仿真模型的建立
• 5.2 系统仿真结果分析
• 5.2.1 理想电压源时的仿真分析
• 5.2.2 畸变电压源时的仿真分析
• 5.2.3 暂态仿真分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 有源电力滤波器的系统方案设计
• 6.1 信号检测电路硬件设计
• 6.2 有源电力滤波器控制系统软件设计
• 6.3 数字低通滤波器在DSP中的实现
• 6.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文