并联型有源电力滤波器逆系统控制方法研究

摘要

随着电力电子装置日益广泛的应用，电网负载也日趋复杂，这给电力网带来了越来越严重的谐波污染。有源电力滤波器(APF)作为一种动态抑制谐波的电力电子装置，它能对频率和大小都发生变化的谐波进行补偿，因此，有源滤波成为目前电力网进行谐波抑制的主要手段之一。
　　 本文的主要工作是，在对几种常用的APF谐波检测方法和控制策略进行讨论、比较的基础上，针对APF系统的非线性及参数耦合等问题，提出了三相并联型APF的解析逆(AI)复合控制和神经网络逆(NNI)控制两种逆系统控制策略，通过Matlab仿真验证了所提出的控制方法的有效性。
　　 首先，本文阐述了电力网谐波的概念及常用的抑制方法，介绍了APF的发展历史、研究趋势及分类，重点分析了并联型APF的工作原理、主电路结构及其参数选择。在此基础上，讨论了一些目前常用于APF的谐波检测方法和控制策略，引出了以下将重点研究的逆系统控制方法。
　　 其次，本文提出了一种三相并联型APF的AI复合控制方法。基于该控制策略的APF，谐波电流检测采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq法，控制策略采用基于输入/输出反馈线性化的AI控制方法与基于电压空间矢量的双滞环脉宽调制相结合的复合控制方法。在阐述了相关理论知识和进行了系统建模及条件证明的基础上，重点分析了基于AI复合控制方法的三相并联型APF系统的具体实现，包括谐波电流的检测、复合控制策略的实现及直流侧电容电压的控制等。仿真结果证明了基于该控制方法的三相并联型APF系统的良好静、动态响应性能及解耦性能。
　　 最后，为了克服AI控制方法固有的缺陷，本文提出了一种三相并联型APF的NNI控制方法。在介绍了相关的理论知识和给出了APF系统的逆系统标准形式的基础上，重点分析了基于NNI控制方法的三相并联型APF系统的具体实现，包括分别基于反向传播(BP)和径向基函数(RBF)神经网络的逆系统模型的构造、比例积分(PI)线性闭环控制器的设计及基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)法的主电路开关管驱动信号的产生等。仿真结果证明了，分别采用BP和RBF网络来实现NNI控制时，系统良好的静、动态响应性能、解耦性能和泛化能力。且仿真过程证明了，在神经网络训练速度方面，采用RBF网络相对于采用BP网络的显著优越性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 电网谐波的定义及危害

1．3 谐波抑制的方法及特点

1．3．1 主动型谐波抑制

1．3．2 被动型谐波抑制

1．4 APF的概况

1．4．1 APF发展历史及国内外研究现状

1．4．2 APF的分类

1．4．3 APF的发展趋势

1．5 本文内容安排

第二章 并联型APF的工作原理及检测、控制方法

2．1 引言

2．2 并联型APF的工作原理

2．3 并联型APF的主电路结构及参数选择

2．4 并联型APF的谐波检测方法

2．4．1 采用模拟带通或带阻滤波器的谐波检测法

2．4．2 基于Fryze功率定义的谐波检测法

2．4．3 基于傅立叶级数分析的谐波检测法

2．4．4 基于小波变换的谐波检测法

2．4．5 自适应谐波检测法

2．4．6 基于神经网络的谐波检测法

2．4．7 基于瞬时无功功率理论的谐波检测法

2．5 并联型APF的控制策略

2．5．1 电流滞环跟踪控制法

2．5．2 三角波比较调制法

2．5．3 自适应控制法

2．5．4 滑模控制法

2．5．5 无差拍控制法

2．5．6 单周控制法

2．5．7 预测控制法

2．5．8 逆系统控制法

2．6 本章小结

第三章 三相并联型APF的AI复合控制研究

3．1 引言

3．2 AI控制方法的理论基础

3．2．1 李导数和李括号

3．2．2 单输入单输出系统的输入／输出精确反馈线性化

3．2．3 多输入多输出系统的输入／输出精确反馈线性化

3．3 三相并联型APF的AI复合控制方法的实现

3．3．1 d-q坐标系下三相并联型APF数学模型

3．3．2 系统输入／输出精确反馈线性化条件

3．3．3 基于ip-iq理论的谐波电流检测法

3．3．4 基于电压空间矢量的双滞环脉宽调制法

3．3．5 基于AI复合控制的APF系统的具体实现

3．4 基于AI复合控制方法的系统仿真分析

3．4．1 基于AI复合控制方法的系统仿真模型

3．4．2 负载稳态时的系统仿真分析

3．4．3 负载暂态时的系统仿真分析

3．4．4 证明系统完全解耦性能的仿真分析

3．5 本章小结

第四章 三相并联型APF的NNI控制研究

4．1 引言

4．2 AI控制方法存在的问题及改进方案

4．3 NNI控制方法的理论基础

4．3．1 神经网络的基本概念及特点

4．3．2 BP神经网络模型

4．3．3 RBF神经网络模型

4．3．4 多输入多输出非线性系统的NNI控制方法

4．4 三相并联型APF的NNI控制方法的实现

4．4．1 d-q坐标系下系统模型的逆系统标准形式

4．4．2 SVPWM法

4．4．3 基于NNI控制的APF系统的具体实现

4．5 基于NNI控制方法的系统仿真分析

4．5．1 基于NNI控制方法的系统仿真模型

4．5．2 系统负载稳态时的仿真分析

4．5．3 系统负载暂态时的仿真分析

4．5．4 证明系统完全解耦性能的仿真分析

4．5．5 系统模型参数变化时的仿真分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文的主要结论

5．2 进一步研究的方向

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利