平均电流控制三相直流侧并联型有源电力滤波器的研究

摘要

电力电子装置产生的电力谐波污染对电力系统稳定、安全及经济运行造成巨大威胁，电力谐波的抑制成为电力电子学科的研究重点。大多数电力电子装置产生的电力谐波是由其前级整流电路造成的，而其中又以用于中大功率场合的三相不可控整流电路为主。三相直流侧并联型有源电力滤波器是专门针对三相不可控整流桥的谐波治理方案，相对于有源功率校正器与传统交流侧有源电力滤波器有较大的技术与成本优势，具有极大的应用前景。三相直流侧并联型有源电力滤波器的研究仍处在起步阶段，存在较多问题亟待解决，本文针对其控制策略展开研究工作。
　　 针对现有控制策略研究均集中在单周控制，且该方法仍未在工程中成熟应用的问题，同时考虑到数字控制在有源滤波中的广泛应用，本文的主要研究对象是适合数字控制实现的平均电流控制策略。其中，电流内环带宽的选择是决定三相DC侧并联型APF谐波补偿效果的关键，但其取值受到开关频率的限制。本文首先从电流环带宽与APF补偿效果两者关系的角度出发，提出确定三相DC侧APF电流环带宽的原则，同时，从该角度进一步对三相DC侧APF与传统AC侧APF的补偿性能进行定量的对比分析，有力的证明了直流侧APF的技术优势。
　　 为设计电压外环与电流内环的控制器参数，本文借鉴单相Boost型PFC的建模方法，建立了三相DC侧APF平均电流控制模型，并针对Boost结构的输入电压扰动严重影响电流环跟踪效果的问题，引入占空比前馈控制，随后通过仿真对所提方法与设计过程进行验证。
　　 为了在接近实用条件下验证控制方法与数字控制策略的正确性，本文设计了数字控制三相DC侧并联型APF实验样机，给出了其软硬件的详细设计过程。利用该样机，分别在稳态工作，负载跳变，三相电源不对称情况下进行实验研究，实验结果证明了理论分析与设计的正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景

1.2三相直流侧并联型有源电力滤波器

1.2.1电路拓扑与工作原理

1.2.2国内外研究现状

1.2.3目前存在的问题

1.3三相并联型APF的数字控制策略

1.3.1平均电流控制

1.3.2三相直流侧并联型APF平均电流控制需解决的问题

1.4本文主要研究内容

2平均电流控制三相直流侧并联型APF

2.1平均电流控制结构

2.2电流环带宽与谐波补偿效果的关系

2.2.1整流桥直流侧电流中直流分量对应交流侧谐波

2.2.2整流桥直流侧电流中交流分量对应交流侧谐波

2.3直流侧APF与交流侧APF补偿性能对比分析

2.4本章小节

3平均电流控制模型

3.1引言

3.2电压环模型

3.3电流环模型

3.3.1电流环模型建立

3.3.2占空比前馈

3.4仿真分析

3.4.1系统仿真

3.4.2电流环带宽分析验证

3.4.3三相电压不对称时的谐波补偿

3.5本章小节

4数字控制三相直流侧并联型APF设计

4.1主电路设计

4.1.1电感设计

4.1.2电容设计

4.1.3双向开关设计

4.1.4高频开关选取

4.1.5采样电路设计

4.2控制电路设计

4.2.1滤波电路

4.2.2双向开关驱动信号产生电路

4.2.3死区发生电路

4.2.4数字控制器

4.2.5资源配置

4.2.6芯片供电电路

4.2.7复位电路

4.2.8调试端口电路

4.3软件设计

4.3.1整体结构

4.3.2程序结构

4.3.3数字PI调节器

4.4本章小结

5实验结果分析

5.1稳态实验结果分析

5.2负载跳变实验

5.3三相电源不对称情况下的补偿

5.4本章小结

6结论与展望

6.1本文工作总结

6.2进一步工作展望

致 谢

参考文献

附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录