二极管钳位型三电平电容中点式制APF关键控制技术研究

摘要

随着现代社会的不断发展，越来越多的非线性负载在电网中得到广泛的应用。然而，随之而来的大量谐波及无功污染对电网造成严重影响，影响并网设备的正常运行。因此，有源滤波器作为动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，受到广泛的关注。同时，多电平技术不断发展，相比于传统两电平有源滤波器，三电平结构具有输出电压波形质量高，开关损耗小，开关器件应力低，节约成本等优势。因此三电平有源滤波器作为治理电能质量的有效手段已经成为近年来的研究热点。
　　本文首先阐述了研究本课题的现实意义，分析了国内外对于三电平有源滤波器的研究现状。
　　其次，本文对三电平二极管钳位型三相四线制有源滤波器的两种拓扑进行了简要的介绍，分析了二极管钳位型电容中点式有源滤波器的控制方式及具体的三电平变换器工作模态。在理论分析的基础上，建立了abc坐标系下合dq0坐标系下的数学模型。
　　再次，二极管钳位型三电平电容中点式有源滤波器的关键技术主要包括三方面，即谐波检测技术，PWM调制技术以及中点平衡控制策略。基于传统三相三线制谐波检测方法，详细分析了适用于三相四线制ip-iq-i0检测法及p-q-r检测法，针对检测方法中直流滤波器LPF的固有缺陷，提出了改进型的直流滤波环节，在系统三相平衡及三相不平衡情况下进行性能分析，指出改进型直流滤波环节可以明显降低检测延时及超调，并通过仿真验证。
　　基于传统的两电平SVPWM调制技术，针对三电平结构重点分析了三电平空间电压SVPWM调制的原理和实现过程，给出了仿真模型以及仿真波形并进行分析。此外，分析了中点电位不平衡的原因，并在三电平SVPWM调制技术的基础上，分析了长中短矢量对于中点点位的影响，提出了通过调整正负短矢量的作用时间平衡中点电位的控制方法，并搭建了Simulink仿真模型进行验证。
　　最后，在原理分析以及仿真验证的基础上，设计了二极管钳位型三电平电容中点式有源滤波器的实验样机，详细阐述并分析了硬件主电路的工作原理，并进行参数设计和器件选型，分析了系统控制模块的功能以及工作原理。随后对系统软件进行设计，工作流程等。对试验样机与实验设备进行介绍，并且详细分析了实验波形，验证了本文所提方法的准确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的研究意义与背景

1．2．1 谐波产生的原因及危害

1．2．2 课题的研究意义

1．3 三相四线制有源滤波器常用拓扑结构

1．4 三电平有源滤波器的研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 本文主要研究内容及章节安排

第二章 三电平电容中点式有源滤波器拓扑建模

2．1 三电平三相四线制有源滤波器拓扑

2．1．1 二极管钳位型电容中点式拓扑结构

2．1．2 二极管钳位型三相四桥臂拓扑结构

2．2 三电平电容中点式有源滤波器工作原理

2．2．1 三电平电容中点式有源滤波器控制流程

2．2．2 三电平有源滤波器工作模态

2．3 二极管钳位型三电平有源滤波器数学建模

2．3．1 abc坐标系下的电容中点式有源滤波器数学模型

2．3．2 dq0坐标系下的电容中点式有源滤波器数学模型

2．4 三电平与两电平拓扑对比

2．5 本章小结

第三章 谐波检测方法研究

3．1 常见的谐波检测技术

3．1．1 基于FFT的谐波检测法

3．1．2 自适应电流检测法

3．1．3 人工神经网络电流检测法

3．1．4 基于Fyrze时域分析的有功电流分离法

3．2 基于瞬时无功功率理论的三相三线制谐波检测法

3．2．1 ip-iq检测法

3．2．2 d-q检测法

3．3 适用于三相四线制系统中的谐波检测

3．3．1 ip-iq-i0检测法

3．3．2 p-q-r检测法

3．4 改进型谐波检测方法

3．4．1 改进型直流滤波环节

3．4．2 仿真结果对比

3．5 本章小结

第四章 二极管钳位式三电平电容中点式有源滤波器控制策略研究

4．1 三电平SPWM调制策略

4．2 电压空间矢量SVPWM调制

4．2．1 两电平SVPWM调制

4．2．2 三电平SVPWM调制

4．3 中点电压平衡策略

4．3．1 中点电压不平衡的原因

4．3．2 中点电压平衡控制

4．4 仿真验证

4．5 本章小结

第五章 硬件电路设计及实验验证

5．1 主电路设计

5．2 系统器件选型及参数设计

5．2．1 直流侧电容设计

5．2．2 交流电感设计

5．3 控制回路设计

5．4 样机软件设计

5．5 样机实验

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究工作总结

6．2 未来工作展望

致谢

参考文献

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