HAPF并行复合控制及延时抑制策略研究

摘要

近年来，伴随着国家“绿色电网”的号召，谐波研究与治理已成为电气工程领域的重要使命。混合型有源电力滤波器(HAPF)作为新一代谐波治理装置，在谐波抑制领域举足轻重。论文以一种由并联型有源电力滤波器(PAPF)与晶闸管投切滤波器(TSF)构成的HAPF混合补偿系统为研究对象，对HAPF运行中存在的稳定性及延时问题进行研究，力求使其在可靠、稳定运行的基础上达到优异的谐波补偿效果及电流响应速度。
　　针对本文所提出的HAPF拓扑结构，分析其运行机理，并基于谐振抑制的准则对系统的关键参数进行合理设计。为解决HAPF中TSF参数偏移时可能引起系统并联谐振这一问题，利用自调谐滤波算法提取阻尼电流指令，将PAPF的谐波电流指令与阻尼电流指令叠加来实现谐波补偿与谐振抑制的复合控制。建立复合控制下的HAPF谐波等效电路，推导出系统的等效控制框图，并对阻尼系数的有效值域进行界定。分析表明，在所确定的阻尼系数取值范围内，系统的谐振可以被有效抑制，PCC处的谐波电压不会被放大。
　　通过建立系统各电流矢量关系，对数字控制系统中存在的稳态固有延时进行分析，可知该延时严重影响了HAPF的谐波补偿性能。为此，提出一种指令电流两步预测，输出电流一步预测的电流灰色预测控制来抑制PAPF输出补偿电流的延时误差。通过构建适用于负载谐波电流的GM(1,1)预测模型，并加入预测误差调节环节，可以降低控制系统的稳态固有延时对谐波补偿的负面效应。
　　鉴于负载电流突变时HAPF在补偿谐波电流过程中存在一定的暂态响应延时，对比分析各种低通滤波器的特性，选择性能优良的滑动平均滤波器并对其进行改进，提出一种暂态增速型滑动平均滤波法，根据负载电流工况设计基于缩窗延时效果逼近的增速权函数，在负载电流突变时引入增速权函数，即可在保证稳态谐波补偿效果的前提下降低HAPF谐波检测环节的暂态响应延时。
　　基于MATLAB/SIMULINK仿真环境搭建HAPF系统及所提控制策略与算法的仿真模型，并且基于实验室样机平台编写程序代码对HAPF进行实验调试，对HAPF复合控制、稳态固有延时抑制及暂态响应延时抑制等策略的有效性进行验证。仿真及实验结果表明所提控制策略可以有效保证HAPF稳定运行，抑制系统谐振，并且极大地提升了谐波补偿精度及电流响应速度。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的意义

1.2 混合型有源滤波器国内外研究现状

1.3 课题的主要研究内容

第2章HAPF并行复合控制策略研究

2.1 HAPF混合补偿系统设计及分析

2.2 HAPF并行复合控制分析

2.3 本章小结

第3章 HAPF稳态延时误差抑制策略研究

3.1稳态固有延时对谐波补偿的影响

3.2灰色系统理论

3.3基于灰色预测的补偿电流延时误差抑制

3.4 本章小结

第4章 HAPF暂态响应延时抑制策略研究

4.1 谐波检测环节的LPF特性分析

4.2 基于暂态延时抑制的增速型MAF算法分析

4.3 本章小结

第5章 HAPF系统仿真与实验分析

5.1 HAPF系统仿真分析

5.2 HAPF实验及结果分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢