四桥臂有源电力滤波器谐波快速检测与双环控制策略研究

摘要

电力电子技术的不断进步，在给电能的转化和应用带来了便捷的同时，却降低了电网的电能质量。在三相四线制系统中，由于大量的非线性负荷的使用，会出现谐波污染和中线电流过大等一系列电能质量问题。传统的电能质量治理装置无法解决这些问题，四桥臂有源电力滤波器可以一次性解决上述问题。本文主要研究四桥臂有源电力滤波器的控制策略，包括谐波电流检测环节、电流环控制环节和电压环控制环节，并通过仿真研究和实验测试对控制策略进行验证。
　　如何快速准确地检测出谐波电流将决定四桥臂有源电力滤波器的补偿性能。传统的 ip-iq检测方法由于锁相环的存在将会导致比较大的延时误差；低通滤波器的使用会使得算法的难度增加。为此，本文提出了改进的广义积分器进行谐波电流检测的方法。根据广义积分器的频率选择特性，分别得到正序和负序提取结构，然后将正负序提取结构应用到传统的基波正序检测算法上，这样就形成了基于改进广义积分器的谐波电流检测方法。该方法具有实时性和频率自适应性等优点。实验表明：在负载突变和电网频率波动情况下，动态响应时间小于一个基波周期（0.02s）。
　　为了解决电网频率波动和不平衡负载对电流控制精度造成的影响，本文提出了PI并联改进的PCI控制器进行电流控制。首先分析了传统的PCI控制器的性质和控制时的局限性，然后根据电流控制的要求对PCI控制器进行改进，最后结合PI控制器和PCI控制器的特点将其并联起来进行电流控制，并给出了控制器参数的设定方法。通过仿真和实验表明，改进的PI-PCI控制器可以有效解决三相负载不平衡问题，同时，还可以很快适应负载突变和电网频率波动带来的影响。
　　电压环的控制对四桥臂有源电力滤波器的补偿性能具有较大影响。PI控制器虽然在电压环控制方面得到了广泛应用，可以使直流侧电压保持在一个相对稳定范围内，但PI控制无法适应电网电压波动带来的影响。为了解决在电网电压波动时，直流侧电压值与APF补偿性能和功率损耗的矛盾，提出了一种自适应的优化算法来控制直流侧电压值。通过仿真和实验验证了所提出算法的有效性，当电网电压波动时，应用直流侧电压优化算法可以将三相电流畸变率控制在3.2％以下。
　　最后，搭建了四桥臂APF的实验平台。并对四桥臂APF的基于改进广义积分器的基波正序有功电流的检测算法、改进PI-PCI控制器电流控制算法以及直流侧电压优化算法进行了实验验证，实验结果证明了所提控制算法的有效性。

目录

1 绪论

1.1引言

1.2谐波和谐波分析

1.3 四桥臂APF的发展现状

1.4 本文所做的工作

2基于广义积分器的谐波电流检测算法研究

2.1 广义积分器在谐波电流检测中应用

2.2 三相四线制系统中电流与电压

2.3 基波正序分量的提取

2.4 仿真分析

2.5 本章小结

3 四桥臂有源电力滤波器补偿电流控制策略

3.1 四桥臂逆变器控制原理分析

3.2 PCI控制方法

3.3三维空间矢量控制在四桥臂APF中的应用

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

4四桥臂有源电力滤波器直流侧电压的优化算法

4.1 直流侧电压的PI控制策略

4.2四桥臂有源电力滤波器直流侧电压的优化算法

4.3本章小结

5实验验证

5.1 主电路结构介绍

5.2实验验证及实验分析

5.3 本章小结

6 总结

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目：