并联有源电力滤波器电流控制策略研究

摘要

近年来，越来越多的非线性负载接入电网，给电力系统带来了严重的谐波污染问题。有源电力滤波器作为一种可以有效抑制谐波的设备而被广泛应用。为了提高有源电力滤波器对谐波电流的抑制效果，本文将研究重点放在电流跟踪控制策略上，设计了重复+PI电流控制器以及重复+LADRC电流控制器；采用改进的蝙蝠算法优化了重复+PI控制器，进一步提高了其谐波抑制性能。 首先，采用二极管嵌位型逆变器作为三电平APF的主电路，建立了三电平APF基于开关函数的数学模型、在abc坐标系下的数学模型以及在dq旋转坐标系下的数学模型，并确认了APF的容量、直流母线电压、直流侧电容以及输出LCL型滤波器的参数。 其次，设计了基于重复+PI控制的电流复合控制器。重复控制能够对周期性指令信号进行无差跟踪，PI控制的动态响应速度快，采用重复+PI控制器的优势在于结合了二者的优点，即确保了谐波补偿的精度，也保证了动态响应的速度。在电流控制器后加入了一个状态反馈环节，解除dq坐标系下icd和icq的耦合，改善了谐波抑制效果。 再次，设计了基于重复+LADRC的电流控制器。自抗扰控制具有很强的抗干扰性能，但参数过多，控制器设计难度大，线性自抗扰控制器对其进行线性化，减少参数数量，本文将线性自抗扰控制应用到三电平APF。线性自抗扰控制器将包括电流耦合在内的干扰视为综合扰动，并通过线性扩状态观测器对其进行观测，进而对其进行补偿，具有很强的鲁棒性，但相比于自抗扰控制补偿精度降低。为此，将重复控制引入线性自抗扰控制器，提高了谐波补偿的精度。将重复+LADRC应用到三电平APF中，增强了抗干扰能力，改善了谐波抑制效果。 最后，将变步长机制以及变异机制引入基本蝙蝠算法，通过测试验证了改进蝙蝠算法的有效性。将改进蝙蝠算法应用到重复+PI控制器的优化中，提升了控制器的性能，进而提升三电平APF谐波抑制效果。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 谐波的产生及危害

1.1.1主要的谐波源

1.1.2谐波的危害

1.2 谐波的抑制方式及其优缺点

1.2.1谐波抑制方式

1.2.2不同抑制方式的优缺点

1.3 有源电力滤波器概述

1.3.1有源电力滤波器分类

1.3.2 有源电力滤波器的工作原理

1.4．有源电力滤波器电流控制策略研究现状

1.5 主要研究内容与论文结构

1.5.1主要研究内容

1.5.2 论文结构

第2章 三电平APF的数学模型及主电路设计

2.1 三电平APF数学模型

2.1.1基于开关函数的数学模型

2.1.2 abc坐标系下的数学模型

2.1.3 dq坐标系下的数学模型

2.2 三电平APF主电路参数设计

2.2.1三电平APF容量确定

2.2.2直流母线设计

2.2.3输出滤波器设计

2.3 本章小结

第3章 重复+PI电流控制策略

3.1. 重复控制的基本思想概述

3.2. 重复控制器的结构和功能

3.2.1Q (z)滤波器与改进型内模

3.2.2 周期延时环节z-N

3.2.3 补偿器S(z)

3.3 重复控制器的性能分析

3.3.1 稳定性分析

3.3.2 稳态误差分析

3.4 重复+PI控制器设计

3.4.1 d、q轴电流分量的解耦

3.4.2 PI控制设计

3.4.3 重复控制器设计

3.5三电平APF的仿真

3.5.1仿真参数

3.5.2 谐波电流波形和负载电流波形及其频谱分析

3.5.3传统PI控制与重复+PI控制静态性能比较分析

3.5.4重复+PI控制方法动态响应

3.6 本章小结

第4章 重复+线性自抗扰电流控制策略

4.1 自抗扰控制原理

4.1.1 扩张状态观测器

4.1.2 跟踪微分器

4.1.3 非线性状态误差反馈控制律

4.2 线性自抗扰控制器的原理

4.3线性自抗扰性能分析

4.3.1线性扩张状态观测器收敛性分析

4.3.2 线性自抗扰稳定性分析

4.4 APF重复+LADRC电流控制策略

4.5仿真实验

4.5.1重复+LADRC方式与重复+PI方式静态性能效果比较

4.5.2 重复+LADRC控制方法动态响应

4.6本章小结

第5章 蝙蝠算法改进及控制器参数优化

5.1微型蝙蝠的行为

5.2 蝙蝠算法描述

5.3 基本蝙蝠算法的改进

5.3.1 变步长机制

5.3.2 变异机制

5.3.3 改进蝙蝠算法流程

5.4 重复+PI控制器参数优化

5.5 仿真实验

5.5.1改进蝙蝠算法仿真测试

5.5.2 基于蝙蝠算法的重复+PI控制仿真

5.6 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢