基于APF的地铁供配电系统谐波补偿研究

摘要

随着城市化速度不断加快，越来越多城市选择开建地铁来解决道路拥挤这一城市发展难题。由于地铁系统大量采用各类电力电子变频设备，以及各种非线性负载接入，使得地铁供配电系统产生的谐波问题变得日益严重。在地铁降压变电所0.4kV侧装设无源滤波器这一传统方法已不能满足要求。有源电力滤波器（active power filter, APF)这一谐波补偿装置的出现为这一问题的及时解决提供了一个非常好的契机。基于此，本论文对基于APF的地铁供配电系统谐波进行补偿这一课题开展相关研究，主要做了以下工作：
　　1)简要阐述了本论文课题的研究背景、目的以及意义，对本课题有关的谐波治理和APF研究现状进行相关阐述，确定本文所需要研究的具体方向。
　　2)概述了地铁供配电系统的供电方式、制式以及系统构成，分析了地铁供配电系统构成中的牵引供电系统24脉波整流机组的具体构成及工作原理，并对其进行仿真和谐波分析。具体对地铁供配电系统构成中的低压配电系统谐波进行分析，并对其谐波源特性进行总结。提出在地铁降压变电所0.4kV侧装设并联型有源电力滤波器(shunt active power filter, SAPF)以对地铁供配电系统所产生的谐波进行补偿以降低谐波含量。
　　3)提出了一种针对SAPF的改进型ip-iq谐波电流检测法。首先详细分析了SAPF的拓扑结构、工作原理及数学模型，分析对比了当前采用较多的几种有关SAPF的谐波电流检测方法。本文选用基于瞬时无功功率理论ip-iq谐波电流检测法作为研究对象，在此基础上，采用基于平均值理论的平均电流控制器替代低通滤波器，电压环引入模糊自适应PI控制实现SAPF电容电压转换成电流，仿真结果验证了该改进型方法的有效性，具有降低基波检测延时，提高谐波补偿精度的优点。
　　4)提出了两种SAPF改进型直接功率控制（direct power control, DPC)策略。首先详细分析了SAPF谐波功率补偿及参考功率检测的相关原理，对SAPF传统DPC策略的工作原理进行具体阐述，提出了一种基于内模原理的功率准积分前馈补偿修正环节的SAPF无差拍功率预测控制策略以最大限度减少瞬时功率实际值与参考值之间的差值。通过引入一种针对非线性系统所提出的微分平坦理论，在验证SAPF满足微分平坦条件的基础上，提出了一种SAPF功率平坦控制策略用以降低DPC控制器对SAPF数学模型所需的精确要求。参考南昌地铁1号线相关运行数据进行仿真，仿真结果验证了上述所提出的地铁供配电系统APF两种控制策略的有效性，其谐波补偿效果均表现良好。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 课题的目的与意义

1.3 本课题相关领域的现状

1.4 本文主要工作及章节安排

第二章 地铁供配电系统概述及谐波分析

2.1 地铁供配电系统概述

2.2 牵引整流机组仿真及谐波分析

2.3 低压配电系统谐波分析

2.4 本章小结

第三章 基于平均值理论谐波电流检测策略SAPF谐波补偿

3.1 SAPF工作原理及数学模型

3.2 SAPF谐波电流检测方法

3.3 基于平均值理论的谐波电流检测法

3.4 本章总结

第四章 基于改进型直接功率控制策略SAPF谐波补偿

4.1 SAPF直接功率控制

4.2 基于内模原理的SAPF无差拍功率预测控制

4.3 SAPF功率平坦控制

4.4 本章小结

第五章 总结

5.1 主要工作回顾

5.2 本课题今后需进一步研究的地方

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢