本文選題：諧波抑制技術　切入點：四臂式有源電力濾波器　出處：《武漢大學》2014年博士論文

【摘要】：近年來,諧波治理作為電網發(fā)展戰(zhàn)略的一部分,已經受到越來越多的關注。并聯(lián)型有源電力濾波器(Active Power Filter)作為有效抑制諧波的先進電力電子設備,是解決這些問題的有效措施之一。雖然這幾年APF已經成為了一個熱點研究課題,APF的補償性能也在不斷提升,然而,并聯(lián)型APF在一些復雜環(huán)境的補償效果依然還存在不足,同時也需要對這些具體問題進行分析和研究,如：如何在畸變電壓較大的環(huán)境中進行有效諧波檢測；如何實現(xiàn)更好的動態(tài)響應特性,從而得到較好的諧波跟蹤效果；如何實現(xiàn)更優(yōu)的系統(tǒng)參數(shù)設計等。因此,本文根據(jù)以上的分析進行了展開,對諧波抑制的關鍵技術與應用進行分析和研究。 如何快速而精確的檢測諧波電流是APF實現(xiàn)良好補償效果的基礎。通過多種諧波電流檢測算法進行研究后,發(fā)現(xiàn)較多算法在電網電壓發(fā)生較大畸變或電壓頻率發(fā)生偏差時,均難以進行有效和準確的諧波跟蹤和檢測。由此,根據(jù)補償系統(tǒng)最小功率消耗原則,對瞬時電壓在賦范空間的數(shù)學模型進行了分析,提出了在函數(shù)賦范空間應用變分法得到標準電壓波形的策略,由此衍生得到標準正序電壓信號和畸變電流分量。同樣基于賦范空間的標準正序電壓的提取方法也能結合多種電流檢測策略,從而滿足更多的檢測需求和跟蹤要求,最后與傳統(tǒng)諧波電流檢測策略進行了對比仿真與對比實驗,結果驗證了該策略的有效性和可行性。 為實現(xiàn)更好的動態(tài)響應特性和更佳的整體補償效果,本文提出了一種新型的補償電流復合控制策略,將PI控制與改進的雙重復控制進行有效結合。首先在傳統(tǒng)重復控制結構加入前置調節(jié)參數(shù)和PI控制,通過具體數(shù)學模型的分析、前置參數(shù)的調節(jié)以及參數(shù)范圍限定,來提升動態(tài)效果和實現(xiàn)無靜差控制。在此基礎上,將改進的重復控制結構并聯(lián)插入反饋控制中來構成雙重復控制器,給出了詳細的參數(shù)優(yōu)化設計和計算過程。本文最后通過搭建負載突變仿真、動態(tài)特性對比驗證實驗、穩(wěn)態(tài)實驗來檢驗該復合控制算法的有效性和可行性,仿真結果和實驗波形表明該復合控制算法具有非常好的動態(tài)響應特性和較好的整體補償效果。 三相四線制APF系統(tǒng)中由于開關狀態(tài)較多導致電壓調制較為復雜,傳統(tǒng)的二維調制策略難以滿足其需求,尤其針對三相四線制系統(tǒng)則更顯不足。采用空間矢量調制策略與常規(guī)控制方式相結合具有良好的補償效果。由此,本文提出了基于自然坐標系的三維空間矢量調制策略(Three-dimensional space vector modulation,3D-SVM),詳細分析和研究了四面體的判定過程,通過分類法結合指針計算使參考矢量合成清晰和直觀,還探討了參考矢量作用時間的計算以及時間順序的有效排列方式。為避免同一橋臂的上下開關管的直通導致系統(tǒng)故障,需要添加死區(qū)時間。本文由此研究了死區(qū)效應對整體補償效果的影響,研究了一種基于預測補償?shù)乃绤^(qū)時間設定策略,能夠有效減少死區(qū)效應帶來的控制誤差,提升總體補償效果。 本文對基本模糊控制理論進行研究后,將該理論應用到APF的直流側電壓控制中,采用自調整因子模糊PI控制器進行設計,利用模糊邏輯推論設計PI參數(shù)ΔK,、△Ki同偏差絕對值e和偏差變化率ec之間的二元函數(shù),通過e和ec的在線調節(jié)來設計在線調節(jié)參數(shù)Kp、Ki。仿真結果表明該電壓控制策略能實現(xiàn)對PI參數(shù)的自整定,能提高系統(tǒng)的動態(tài)特性和魯棒性,并能減小超調量,同時也具有良好的穩(wěn)態(tài)性能。 本文提出了一種應用在并聯(lián)型APF的實用型LCL濾波器參數(shù)設計方法,首先建立LCL濾波器在并聯(lián)型APF中的等效數(shù)學模型,其次研究濾波器各參數(shù)變化與諧波頻率之間的變化關系,根據(jù)LCL諧振頻率的限定范圍、電容支路阻抗參數(shù)的比值,并結合電感參數(shù)比值和諧振頻率之間的三維關系曲線,兼顧LCL分別對低頻段和高頻段的衰減性能要求,確定合適的參數(shù)范圍進行取值。最后通過仿真及樣機測試驗證了該參數(shù)設計方法的有效性和可行性。 為實現(xiàn)更快的動態(tài)響應速度和更好的整體補償效果,本文給出了詳細的樣機參數(shù)設計的分析過程,包括：主電路拓撲結構分析、主電路功率器件分析、直流側電壓及直流側電容分析等,并在此基礎上,對控制系統(tǒng)中的主控芯片設計和各模塊電路設計進行了分析。最后,通過實驗室樣機對以上提及的控制算法進行了驗證分析。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM711

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本文編號：1706686