混合有源电力滤波器线性和非线性模型及变结构控制

摘要

随着电网中电力电子装置和非线性负荷的不断增加，电网谐波问题日益严重，对电力系统的安全、优质、经济运行构成潜在的威胁，给周围电气和电信环境带来极大的污染，因此有源滤波技术作为解决谐波污染的有效方法得到了广泛的关注。本文针对SHAPF混合有源电力滤波器，分别采用等效输出建模法和开关函数建模法，建立了等效线性和非线性模型，并研究了分别适用于两种不同模型的控制方法，最后给出了该类型混合有源电力滤波器的参数设计方法，提出了一种先进的数字控制器硬件和软件设计方案。
　　 主要工作包含以下内容：
　　 （1）介绍电网谐波的产生及危害、有源滤波技术的研究现状，介绍了混合型有源电力滤波器的各种拓扑结构及特点，分析了有源电力滤波器中常用的各种检测与控制方法及其优缺点。
　　 （2）采用等效输出建模法，将逆变器等效为流控电压源，得到SHAPF混合有源电力滤波器的线性等效电路，并分析了基于该模型的三种控制策略的原理及特点，研究直流侧电容电压波动原因，并给出了一种电压稳定控制方法，最后给出了基于该模型的三角波调制控制方法。
　　 （3）采用开关函数建模法，分别建立SHAPF混合有源电力滤波器在abc坐标和dq旋转坐标下的非线性模型，并根据变结构控制原理和一般设计方法，提出了一种变结构控制方法，分析了该控制方法的稳定性。
　　 （4）根据SHAPF混合有源电力滤波器原理，设计各主要组成部分的参数，采用Matlab仿真软件研究了两种控制方法，验证了两种控制方法的有效性。
　　 （5）提出了一种基于双CPU的数字控制器的设计方案，并给出了硬件和软件的详细设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 电力系统谐波的产生与危害

1.1.1 谐波的产生

1.1.2 谐波的危害

1.2 谐波抑制技术

1.2.1 主动型谐波抑制方法

1.2.2 被动型谐波抑制方法

1.3 有源电力滤波器的发展现状与方向

1.3.1 国内外有源电力滤波器的发展现状

1.3.2 有源电力滤波器的发展方向

1.4 本章小结

第二章 有源电力滤波器的原理、结构及控制技术

2.1 有源电力滤波器的原理及分类

2.1.1 有源电力滤波器的分类

2.1.2 有源电力滤波器的谐波补偿原理

2.2 混合有源电力滤波器的各种拓扑结构及特点

2.2.1 并联APF与并联PPF相结合的混合有源电力滤波器

2.2.2 串联APF与并联PPF相结合的混合有源电力滤波器

2.2.3 注入式混合有源电力滤波器

2.2.4 APF与PPF串联接入电网的混合有源电力滤波器

2.3 有源电力滤波器的检测方法

2.3.1 基于带通或带阻滤波器的谐波检测方法

2.3.2 基于快速傅立叶变换的谐波检测方法

2.3.3 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法

2.3.4 基于自适应理论的谐波电流检测法

2.3.5 基于小波变换的谐波电流检测法

2.4. 有源电力滤波器的控制方法

2.4.1 滞环电流控制

2.4.2 三角波调制控制

2.4.3 空间矢量控制

2.4.4. 无差拍控制

2.4.5 单周期控制

2.4.6 变结构控制

2.5 本章小结

第三章 SHAPF混合有源电力滤波器的线性模型及控制

3.1 SHAPF混合有源电力滤波器的结构

3.2 有源电力滤波器的建模方法

3.3 SHAPF的等效线性模型与分析

3.4 SHAPF基于线性模型的控制方法

3.4.1 根据负载谐波电流控制逆变器输出电压的控制策略

3.4.2 根据补偿支路谐波电流控制逆变器输出电压的控制策略

3.4.3 根据电网谐波电流控制逆变器输出电压的控制策略

3.4.4 逆变器直流侧电容电压的稳定控制

3.4.5 基于线性模型的三角波调制控制方法

3.5 本章小结

第四章 SHAPF混合有源电力滤波器的非线性模型与变结构控制

4.1 SHAPF混合有源电力滤波器的非线性模型

4.1.1 abc坐标系下的系统模型

4.1.2 dq旋转坐标系下的系统模型

4.2 变结构控制的基本理论

4.2.1 变结构控制的基本原理

4.2.2 变结构控制的基本问题

4.2.3 变结构控制系统的一般设计

4.3 SHAPF混合有源电力滤波器的变结构控制方法

4.3.1 混合有源电力滤波器变结构控制方法的设计

4.3.2 变结构控制方法的稳定性分析

4.4 本章小结

第五章 SHAPF混合有源电力滤波器参数设计及仿真

5.1 无源滤波器的设计

5.2 输出滤波器的设计

5.3 逆变器的设计

5.3.1 功率开关器件

5.3.2 直流侧电容电压和容量确定

5.4 仿真结果

5.4.1 采用基于线性模型的三角波调制控制方法

5.4.2 采用基于非线性模型的变结构控制方法

5.5 本章小结

第六章 混合有源电力滤波器数字控制器

6.1 硬件部分设计

6.1.1 DSP主控板设计

6.1.2 人机交互面板设计

6.1.3 驱动电路板设计

6.1.4 电源板设计

6.2 软件部分设计

6.2.1 DSP主控板程序设计

6.2.2 人机交互面板程序设计

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢