基于单周控制的直流侧串联型有源电力滤波器研究

摘要

随着大量的整流装置等非线性负荷接入电网，随之带来的谐波污染问题日益成为影响电力系统安全和电能质量的重要因素。直流(DC)侧有源电力滤波器(APF)是一种新型谐波治理装置，具有电路结构简单、成本低等优点，用于整流负荷的谐波治理有很大的技术优势，目前的研究主要集中在并联型APF。但是并联型的APF并不是一种理想的补偿装置，尤其是针对整流负荷中占很高比例的电压型谐波源，补偿效果并不好，而串联型APF正好克服了这一缺点，其补偿性能更优越。另外，单周控制技术作为一种通用的非线性控制方法，自从2000年被首次应用于APF的控制中就以其独特的优越性备受关注。目前，对于APF采用单周控制方法的研究，也主要集中在并联型的APF，对于单周控制的串联型APF研究则非常少，而单周控制DC侧串联型APF的研究还没有展开。
　　 针对此问题，论文提出将单周控制引入到DC侧串联型APF中，填补这方面的研究空白；将单周控制推广到DC侧串联型APF的三相系统，扩大其应用范围；在对原结构DC侧串联型APF进行了深入研究的基础上，提出了一种改进结构的DC侧串联型APF拓扑。
　　 论文首先阐述了单周控制的基本原理，建立了单周控制开关电路的模型并对其开关控制理论进行了深入分析。全面论述了目前单周控制在APF应用中的一些改进的方法及单周控制理论在APF中的应用推广。
　　 随后，论文将单周控制方法引入到单相DC侧串联型APF中。在对其主电路工作原理分析的基础上，推导了DC侧串联型APF的单周控制方程，建立了DC侧串联型APF的单周控制模型，设计了APF主电路主要参数和调节器参数的选取标准并进行了深入的仿真研究。
　　 在建立了电流型谐波源和电压型谐波源等效模型的基础上，论文讨论了并联型APF和串联型APF对不同性质谐波源的补偿特性，对DC侧串联型APF与DC侧并联型APF进行了仿真比较研究；在建立了单周控制直流侧和交流侧串联型APF模型的基础上，推导了两者补偿容量和开关利用率的计算公式，对它们的补偿容量和开关利用率分别进行了比较研究。
　　 针对在大中功率场合应用更广泛的三相整流负荷，提出了基于单周控制的三相DC侧串联型APF。在详细分析其工作原理的基础上，推导了其控制关系，建立了三相三线制单周控制DC侧串联型APF的控制模型，并对该三相DC侧串联型APF进行了仿真研究。
　　 最后，论文在深入研究DC侧串联型APF的输出电压与输入电压固有约束关系的基础上，指出了原结构APF对输出电压的调控能力不足，且输出电压较高，提出了一种改进结构的DC侧串联型APF拓扑。详细分析了其工作原理，并结合仿真研究予以验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1电力谐波及其研究现状

1.1.1电力谐波的产生与危害

1.1.2电力谐波抑制

1.2有源电力滤波器

1.2.1有源电力滤波器的发展

1.2.2有源电力滤波器拓扑结构

1.2.3有源电力滤波器控制策略

1.3本文研究的目的和研究内容

2单周控制理论及其有源电力滤波器

2.1单周控制理论

2.1.1单周控制基本原理

2.1.2单周控制开关实现

2.1.3统一常频积分复位控制

2.2单周控制有源电力滤波器

2.3本章小结

3单周控制单相直流侧串联型有源电力滤波器

3.1直流侧串联型APF功率级分析

3.2直流侧串联型APF的单周控制实现

3.3主电路和调节器参数设计

3.3.1储能电容C

3.3.2平波电感L

3.3.3调节器参数设计

3.4仿真研究

3.5本章小结

4直流侧串联型有源电力滤波器的比较研究

4.1有源电力滤波器对谐波源的补偿特性

4.1.1电流型谐波源和电压型谐波源

4.1.2有源电力滤波器的补偿特性比较

4.2与直流侧并联型APF的比较

4.2.1直流侧并联型APF的单周控制模型

4.2.2与直流侧并联型APF的补偿特性比较

4.3与交流侧串联型APF的比较

4.3.1交流侧串联型APF的单周控制模型

4.3.2与交流侧串联型APF的补偿容量比较

4.3.3与交流侧串联型APF的开关利用率比较

4.4本章小结

5单周控制三相直流侧串联型有源电力滤波器

5.1三相直流侧串联型APF功率级分析

5.2三相直流侧串联型APF的单周控制实现

5.3仿真研究

5.4本章小结

6改进结构的直流侧串联型有源电力滤波器

6.1直流侧串联型APF输出电压的约束关系

6.2改进结构的直流侧串联型APF

6.3仿真研究

6.4本章小结

7结论与展望

7.1主要结论

7.2后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附 录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录