中点电容式直流侧有源电力滤波器的研究

摘要

随着电力电子装置的普及，这些等效为谐波源的非线性负载给电力系统稳定运行造成了严重威胁。而输变电安全是关系国家经济持续发展的重要因素，所以电力谐波的抑制已成为世界各国的研究内容，目前应用广泛的是传统交流侧并联型有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)。本论文正是针对这种传统交流侧并联型APF在补偿容量与补偿性能两方面的不足，提出了一种新型中点电容式直流侧APF。
　　论文首先详细阐述了中点电容式直流侧APF的拓扑结构和工作原理，并结合APF需要满足的两个可控性条件，在理论上对新拓扑的合理性进行了分析。
　　根据基本电路定理，论文建立了新拓扑基于电感电流和电容电压的数学模型，指出中点电容式直流侧APF存在直流电压偏差的固有缺陷以及在电压控制上存在耦合的问题，为调制策略设计提供依据。
　　其后，论文设计了新拓扑的双环控制系统:针对电流环，通过对系统功率的分析，得出参考值的提取方法;针对电压环，则重点研究了电容电压的解耦控制。之后，论文选用载波调制和四步换流策略分别实现了对高、低频两种开关管的控制。
　　最后，论文给出了主电路参数的选型方案，并在Matlab/Simulink仿真实验平台上搭建了中点电容式直流侧APF的仿真模型，通过仿真验证了理论设计的科学性;同时，在相同负载情况下，论文对中点电容式直流侧APF与传统交流侧并联型APF的补偿容量、补偿性能进行了仿真对比和理论分析。结果表明，中点电容式直流侧APF在改善滤波器补偿性能与提高补偿容量方面较传统并联型APF有着非常大的优势。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电力系统谐波问题

1．1．1 电力谐波产生的背景

1．1．2 电力谐波的来源

1．1．3 电力谐波的危害

1．2 谐波治理的技术手段

1．3 有源电力滤波器的研究现状

1．4 本文研究内容及章节安排

第二章 中点电容式直流侧APF拓扑分析及建模

2．1 中点电容式直流侧APF拓扑结构

2．2 中点电容式直流侧APF的工作原理

2．3 中点电容式直流侧APF可控性分析

2．4 中点电容式直流侧APF数学模型

2．4．1 基于输出补偿电流的数学模型

2．4．2 基于直流储能电容电压的数学模型

2．4．3 直流储能电容电压偏差的影响

2．5 本章小结

第三章 中点电容式直流侧APF的控制策略

3．1 中点电容式直流侧APF电流跟踪控制

3．1．1 APF常用电流参考信号获取技术

3．1．2 中点电容式直流侧APF电流参考信号的提取方案

3．1．3 中点电容式直流侧APF电流控制结构

3．2 中点电容式直流侧APF直流储能电容电压控制

3．3 本章小结

第四章 中点电容式直流侧APF高频调制及低频换流策略

4．1 高频开关的载波调制策略

4．1．1 不考虑直流侧储能电容电压偏差时的桥臂占空比计算方法

4．1．2 考虑直流侧储能电容电压偏差时的桥臂占空比计算方法

4．1．3 基于载波调制策略的开关序列分配

4．1．4 基于载波调制策略的死区补偿算法

4．2 低频开关的换流策略

4．2．1 常见的双向开关器件

4．2．2 中点电容式直流侧APF的双向开关选取

4．2．3 中点电容式直流侧APF低频开关换流策略

4．3 本章小结

第五章 中点电容式直流侧APF主电路参数设计及仿真研究

5．1 主电路参数设计

5．1．1 输出滤波电感的设计

5．1．2 储能电容电压的设计

5．1．3 储能电容容值的设计

5．2 中点电容式直流侧APF系统仿真

5．3 本章小结

第六章 中点电容式直流侧APF与传统交流侧APF对比

6．1 补偿效果对比

6．2 补偿容量对比

6．3 本章小结

第七章 全文总结与未来研究方向展望

7．1 全文工作总结

7．2 未来研究方向展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢