基于重复控制的并联有源电力滤波器关键技术研究

摘要

随着现代电子技术的飞速发展，更多的电子设备投入电力系统中，给电网附加了越来越多的谐波，对电网的安全性构成了较大的威胁。并联有源电力滤波器（Shunt Active Power Filter，简称SAPF）肩负着谐波抑制和无功功率补偿的使命，被众多学者研究。本文研究三相四线制电容中点式并联有源电力滤波器的关键技术，主要有:LCL输出滤波器设计、谐波电流检测方法、电流跟踪控制技术、3D-SVPWM算法、直流侧电压值设计和控制技术。
　　针对谐波电流检测中存在的延时和稳态精度问题，提出一种无锁相环ip-iq检测新方法。该新方法的特点为:通过预设变换矩阵C的频率ω来实现谐波和基波电流的检测;利用基波电流反馈，动态响应时间由1.3周期减小为0.8周期;采用低通滤波器和均值滤波器级联组成高性能低通滤波器，可以获得最佳的检测精度和响应速度。另外，本文还推导了三相四线制电容中点式SAPF的数学模型，并由数学模型导出一种优化的3D-SVPWM算法，该算法去掉了传统3D-SVPWM算法繁琐的ABC到αβγ的坐标变换、空间矢量扇区判断、所在扇区基本空间矢量占空比计算，而是直接在ABC坐标计算占空比来控制每一相桥臂开关器件通断。
　　针对LCL滤波器存在较大的电阻功率损耗和低频震荡现象，提出了电容分裂LCL滤波器;将滤波电容C分为两个电容C1和C2，只在其中一个电容支路串联阻尼电阻。在电流跟踪环节为实现指令电流的无静差跟踪，提出了高性能重复控制器;先使PI控制器串联重复控制器，再把串联后的控制器和另一个重复控制器并联。当误差突然加大时，PI控制器立刻产生调节作用，半个基波周期后重复控制器开始作用;当误差很少时，PI控制器几乎不作用，仅由重复控制器作用，具有最佳的动态性能和跟踪精度。为降低控制系统的开关损耗和电能损耗，本文借助数学理论严格地推导了三相四线制SAPF控制系统正常工作所必须的的直流侧最小电压。最后，利用Matlab对提出的理论进行仿真，并对仿真所得波形和数据作了详细分析，验证了所提新理论的准确性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外有源电力滤波器的现状

1．2．1 国外有源电力滤波器的现状

1．2．2 国内有源电力滤波器的现状

1．3 三相四线制SAPF关键技术的发展现状

1．3．1 LCL输出滤波器设计

1．3．2 谐波电流检测方法

1．3．3 电流跟踪控制技术

1．3．4 3D-SVPWM算法

1．3．5 直流侧电压值设计

1．3．6 直流侧电压控制方法

1．4 本文研究的主要内容

第2章 三相四线制SAPF的拓扑结构和数学模型

2．1 并联型有源电力滤波器原理

2．2 三相四线制SAPF输出LCL滤波器设计

2．2．1 三相四线制SAPF电路拓扑

2．2．2 LCL滤波器原理分析

2．2．3 LCL滤波器参数设计一

2．2．4 LCL滤波器稳定性分析

2．3 三相四线制电容中点式SAPF数学模型

2．4 本章小结

第3章 谐波电流检测方法研究

3．1 谐波检测方法简介

3．2 一种无锁相环ip-iq检测新方法

3．2．1 无锁相环ip-iq检测新方法

3．2．2 高性能低通滤波器(HPLPF)原理

3．3 仿真结果分析

3．4 本章小结

第4章 三相四线制SAPF重复控制器设计

4．1 内模原理概述

4．2 重复控制的基本原理

4．3 重复控制器的结构和功能

4．4 重复控制器参数的设计

4．4．1 控制对象P(z)的确定

4．4．2 辅助滤波器Q(z)的设计

4．4．3 补偿器C(z)的设计

4．5 高性能重复控制器的设计

4．5．1 控制器内模的改进

4．5．2 分数次重复控制器设计

4．5．3 高性能重复控制器设计

4．6 仿真结果分析

4．7 本章小结

第5章 三相四线制SAPF电流调制技术

5．1 3D-SVPWM概述

5．2 3D-SVPWM算法的优化设计

5．3 仿真结果分析

5．4 本章小结

第6章 SAPF直流侧电压值设计和控制技术

6．1 直流侧电压控制概述

6．2 直流侧最小电压值设计

6．3 直流侧电压控制器设计

6．3．1 稳压环控制器的设计

6．3．2 均压环控制器的设计

6．4 直流侧电容的设计

6．5 仿真结果分析

6．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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