三电平并联有源滤波器的谐波检测算法设计与优化

摘要

随着新型输电系统、电动汽车等行业的发展，工业生产对电流的谐波要求越来越高，因此，补偿性能良好的滤波器具有广泛的应用市场。传统的无源滤波器，其工作电压等级通常较高，补偿容量相对较大;而有源滤波器，其工作电压一般在500V及以下，补偿容量相对较低，但其能够对大小和频率同时改变的谐波进行补偿，因此具有良好的潜在市场。但在低压系统中，负载波动较为频繁且波动范围较大，有源滤波器的补偿性能又受器件参数影响，因此，本文旨在通过对检测和控制环节进行优化，从而提高有源滤波器在实际补偿容量低于额定容量时的补偿效率，具体优化内容如下:
　　1.若系统需要进行功率因数校正，可利用有源滤波器补偿指定容量的无功功率，提高有源滤波器的实际补偿容量，从而提高系统的补偿效率。
　　2.若系统仅需要补偿谐波电流，则通过对系统参数进行在线优化校正，降低因实际并网电感偏小引起的纹波电流的影响，从而提高系统的补偿效率。
　　在三电平结构中，针对直流侧中点电位的控制，本文在已有研究的基础上，提出直流侧中点平均电流，进行再设计、优化，从而简化算法，提高控制效果。
　　最后，本文利用MATLAB搭建仿真模型，对本文提出的优化方案进行验证，并通过搭建的实物模型进一步验证实际补偿效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 谐波的产生与治理

1．2 有源滤波器的现状

1．3 有源滤波器的发展趋势

1．4 本课题的主要内容

2 有源滤波器系统模型及控制方法

2．1 APF系统模型及主电路结构

2．1．1 APF系统模型

2．1．2 APF主电路结构

2．2 SVPWM控制策略

2．2．1 两电平SVPWM控制策略

2．2．2 三电平SVPWM控制策略

2．3 NPC三电平结构中点电位不平衡

3 APF谐波检测及中点电位控制算法的优化

3．1 常规的基于瞬时无功功率理论的ip_iq算法

3．2 网侧功率因数可调的谐波检测算法

3．3 基于最小方差自校正控制的谐波检测算法

3．4 直流侧中点电位的控制

3．4．1 中点电流极性的判断

3．4．2 传统的基于小矢量的中点电位控制方法

3．4．3 基于小矢量的中点电位控制方法的优化

4 三电平有源滤波器的仿真分析

4．1 参数设计

4．1．1 直流侧电容的选型

4．1．2 交流侧并网电感的选型

4．2 补偿额定容量谐波的仿真分析

4．2．1 补偿额定容量谐波的性能分析

4．2．2 直流侧电容电压中点电位控制

4．3 网侧功率因数可调的仿真分析

4．4 基于最小方差自校正控制的仿真分析

4．5 直流侧电容的预充电仿真分析

5 有源滤波器的软硬件设计

5．1 硬件设计

5．1．1 主电路器件的选型

5．1．2 采样电路设计与选型

5．1．3 隔离驱动设计

5．2 软件设计

5．2．1 系统采样程序设计

5．2．2 低通滤波器程序设计

5．2．3 指令电流计算程序设计

5．2．4 SVPWM控制策略

6 实验装置及实验结果分析

6．1 实验装置

6．2 实验结果分析

6．2．1 基于瞬时无功功率的谐波检测波形

6．2．2 IGBT驱动波形

6．2．3 直流侧电容升压波形

6．2．4 不同检测方式下的性能比较

7 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文情况