基于广义瞬时无功理论的并联有源滤波器研究

摘要

近年来，公用电网受到了谐波电流和谐波电压的严重污染，而电力电子装置是主要的谐波污染源，随着这些装置的广泛应用，电网中谐波污染也日趋严重并影响到供电质量、电网的安全稳定和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越多的受到关注。传统的无源滤波器由于自身的诸多缺陷，已经无法满足电力系统谐波治理的要求，有源电力滤波器的出现，为谐波问题的解决提供了新的途径。在我国有源电力滤波器的开发和研究尚处于起始阶段，还未有大容量有源电力滤波器的成熟产品问世，有源电力滤波器的开发和研究具有极其重要的意义。 电网中的谐波源分为电压型和电流型谐波源，有源电力滤波器也分串联式和并联式，本文从它们各自的特性出发，经过严密的分析计算，认为串联型有源电力滤波器对于电压型谐波源有较好的治理效果而并联型有源电力滤波器对电流型谐波源的治理效果更好。鉴于电网中的谐波电压大多是由谐波电流产生的阻抗电压降，因此本文主要针对并联型有源电力滤波器开展研究工作。 本论文重点研究了谐波电流的检测方法。首先在dq0坐标系下将电流矢量分解成有功分量和无功分量，给出了广义瞬时无功功率的定义，并从数学上证明：在dq0坐标系上的相关结果与αβ0坐标系上定义是一致的，可以看做是dq坐标系的推广。本文还基于上述广义瞬时无功功率理论，导出了基波有功、基波无功、负序、零序和谐波电流的检测方法，并给出了仿真结果。 本文设计实现了一台并联有源电力滤波器。首先在Matlab／Simulink下对设计方案进行建模仿真，验证了所提方案在各种负载情况下的有效性。然后对方案的软硬件设计过程进行了详细介绍，包括各个主要电路的设计和软件关键技术的介绍。装置的试验结果证明了本文所提出和实现的有源电力滤波器具有良好的性能和推广价值。 最后，本文对有源电力滤波器的发展前景和趋势进行了展望。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1本文研究的背景和意义

1.1.1谐波的定义和基本概念

1.1.2谐波的危害

1.1.3谐波研究的意义

1.1.4谐波研究的现状

1.2有源电力滤波器及其研究现状与发展趋势

1.3本论文主要研究内容

第2章广义有源电力滤波器的工作原理

2.1概述

2.2有源电力滤波器的补偿特性

2.2.1谐波源模型

2.2.2并联型GAPF补偿特性分析

2.2.3串联型GAPF补偿特性分析

2.3 GAPF的主电路和分类

2.3.1主电路形式及特点

2.3.2 GAPF的分类

2.4 GAPF的工作原理

2.4.1并联型GAPF

2.4.2串联型GAPF

2.5 GAPF的谐波检测和控制方法

2.5.1常用的谐波检测方法

2.5.2 GAPF的控制方法

2.6有源电力滤波器的数字控制技术

2.7小结

第3章广义瞬时无功功率理论的参考电流检测

3.1三相电路电压和电流的旋转矢量表示

3.2基于dq0坐标变换的广义瞬时无功功率定义

3.2.1 abc坐标系与dq0坐标系之间的变换关系

3.2.2广义瞬时无功功率定义

3.2.3基本特性

3.3基于广义瞬时无功功率理论的参考电流检测基本原理

3.3.1广义瞬时无功电流检测

3.3.2基波无功电流检测原理

3.3.3负序电压、负序电流检测

3.3.4零序电压与零序电流检测

3.3.5谐波电流和谐波电压检测

3.3.6非基波正序有功电流检测

3.4 G理论的实现

3.4.1参考电流的计算程序

3.4.2数字低通滤波器的设计

3.4.3参考电流检测的仿真

3.5小结

第4章并联型广义有源电力滤波器研制

4.1并联型广义有源电力滤波器的系统结构

4.2主电路设计

4.3控制电路设计

4.3.1控制电路的硬件构成

4.3.2正弦表指针复位信号的抗干扰问题

4.3.3程序中数字的表示方法

4.3.4直流侧控制电路的设计

4.3.5直流侧上下电容电压均压控制电路的设计

4.3.6软起动控制电路的设计

4.4广义有源电力滤波器的性能

4.4.1主要功能

4.4.2主要技术特点

4.4.3主要技术参数

4.5小结

第5章广义有源电力滤波器控制算法和实验

5.1主程序流程设计

5.2滞环电流控制方法的原理

5.3广义有源电力滤波器控制的仿真

5.3.1仿真系统模型

5.3.2负载对称情况下的仿真结果

5.3.3负载不对称情况下的仿真结果

5.3.4负载变化时系统的调节性能仿真

5.4广义有源电力滤波器的实验结果

5.5小结

第6章结论与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士研究生期间发表的论文目录)