基于瞬时无功功率理论的三相并联型有源电力滤波器谐波抑制的研究

摘要

随着电力电子技术的迅速发展，各种非线性装置的广泛使用，导致了日益严重的谐波污染，从而降低了电网的电能质量。为了改善电网电能质量，出现了各种谐波补偿设备，其中有源电力滤波器是公认的治理谐波最有效的手段。因此，其关键技术就成为研究热点。本文首先阐述了国内外谐波及有源电力滤波器的研究现状，然后，结合现有研究基础提出了本文的研究方案。
　　其次，本文有源电力滤波器基本分类进行了研究，还就三相三线制系统进行了详细的研究，并建立了其数学模型，并在有源电力滤波器主电路的理论上使用电压前馈解耦推导了ip-iq解耦算法。
　　再次，本文设计的现有设备补偿容量，计算影响补偿系统的主要参数，这些参数主要包括:直流侧电压、电容、交流侧电感。
　　然后，对该理论的七种检测方法进行了的研究和对比，然后选择基于瞬时无功理论的ip-iq电流检测法，并对该理论的低通滤波环节进行了选取。针对传统的控制方法不能解决有源电力滤波器数字控制过程存在延时的问题，提出了解耦ip-iq的解决方法，并研究了在解耦ip-iq控制的前题下有源电力滤波器的实现过程。改进后的检测法在检测效果上不仅具有更好的实时性，而且能更好的检测谐波电流。然后，经过对常用的电流控制方法进行比较和筛选，选择了滞环比较法。在文中还进一步比较了传统ip-iq法与ip-iq解耦法条件下使用PID控制对直流侧电容充电的影响，实验表明ip-iq解耦法具有很好的实时性。
　　最后搭建了系统仿真图，并对三相三线制系统进行了仿真研究，分别就感性电网和非线性负载、标准电网和非线性负载的传统ip-iq检测法与ip-iq解耦法等不同情况进行仿真研究，仿真结果表明该设计能很好的抑制谐波，符合设计的要求，最后针对实验室现有7.5kW的永磁直驱风力发电供电局部电网进行实验验证，结果表明本设计方案合理可行。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 谐波的生成、危害、标准

1．2．1 谐波的生成

1．2．2 谐波的危害

1．2．3 谐波的标准

1．3 有源电力滤波器的研究现状

1．4 有源电力滤波器的发展趋势

1．5 本文的创新点

1．6 本文的主要工作

第二章 有源电力滤波器的分类及其基本原理

2．1 有源电力滤波器的分类

2．1．1 接入电网的方式分类

2．1．2 主电路形式分类

2．2 并联型有源滤波器工作原理

2．2．1 并联型有源滤波器原理

2．2．2 并联型有源电力滤波器系统的数学模型

2．3 本章小结

第三章 并联型有源滤波器系统参数设计

3．1 并联型有源滤波器主电路容量设计

3．2 直流侧的电压与电容设计

3．2．1 直流侧电压的设计

3．2．2 直流侧电容计算

3．3 交流侧电感的设计

3．4 本章小结

第四章 基于无功功率理论谐波检测及其控制策略研究

4．1 谐波检测常用的几种检测算法研究

4．2 基于瞬时无功功率理论

4．3 LPF滤波器设计及无功功率谐波检测法原理研究

4．3．1 LPF滤波器设计

4．3．2 p-q检测法

4．3．3 p-q检测法的仿真研究

4．3．4 d-q检测法

4．3．5 id-iq检测法仿真研究

4．3．6 ip-iq检测法

4．3．7 改进的谐波检测方法

4．4 有源电力滤波器的控制策略

4．4．1 三角载波比较法控制法

4．4．2 滞环比较控制法

4．5 主电路直流侧电容电压的控制

4．5．1 主电路直流侧电容电压的控制原理

4．5．2 主电路直流侧电容电压的控制仿真研究

4．6 本章小结

第五章 有源电力滤波器仿真研究及谐波抑制实验验证

5．1 并联型有源滤波器系统仿真模型

5．2 三相三线制并联型有源滤波器的仿真研究

5．2．1 标准电网非线性负载仿真

5．2．2 带感性电网非线性负载仿真

5．2．3 冲击性负载仿真

5．3 实验平台的软硬件实现以及实验结果分析

5．3．1 实验装置总体结构

5．3．2 控制系统硬件框图

5．3．3 检测电路设计

5．4 DSP系统软件实现

5．4．1 软件锁相环设计

5．4．2 软件数字低通滤波器程序设计

5．4．3 软件数字PID程序设计

5．4．4 谐波电流检测算法软件实现

5．5 实验结果及数据分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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