基于有效值谐波检测新方法的大容量APF研究

摘要

有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)被公认为是一种动态抑制谐波、动态补偿无功功率的新型电力电子装置。谐波指令电流的检测、补偿电流的产生和跟踪控制以及 APF容量的提高是限制其广泛应用的三大关键技术,本文将对这三个关键技术进行研究。
　　快速准确的谐波检测是实现补偿的先决条件。基于瞬时无功理论的 ip-iq法虽然广泛应用,但是其复杂的坐标变换和低通滤波器的设计影响了检测的实时性。本文提出一种通过近似构造基波电流来提取谐波电流的方法,即利用负载电流有效值等效替代其基波有效值,利用锁相环获取负载电流基波相位或电网电压相位构造基波电流。另外,研究了其直流侧电压控制策略,进一步分析了该算法的误差补偿和理论延时。最后,仿真和实验验证了该检测算法和控制策略的可行性。
　　与此同时,补偿电流是否有效的跟踪控制,直接决定 APF补偿效果。传统的滞环电流控制原理简单,动态响应快,可靠性高,鲁棒性强,但是开关频率不稳定。本文采用一种基于空间矢量的滞环电流控制新方法,既保留了传统滞环控制的优点,又在一定程度上稳定了开关频率。通过与传统滞环控制策略的仿真对比,证明了该方法的优越性。
　　容量不足是限制 APF运用到大容量场合的关键因素之一,本文在综合分析传统两电平和多电平APF的优缺点的基础上,采用两电平多模块APF并联的方法,通过均流,不仅提升了总容量和单个 APF的利用率,还有利于输入电感的选型。另外,对模块间是否存在环流进行了理论分析。在理论分析基础上建立了MATLAB仿真模型,结果验证了所述方法的有效性和分析的正确性。
　　最后,基于3模块并联的APF实验平台,进行了本文所提出的算法的验证,结果验证了所提算法的可行性和正确性。

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1 绪论

1.1引言(Preface)

1.2 电网谐波问题及治理方案(Grid Harmonic Problems and Control Programs)

1.3 并联型 APF 研究现状(Shunt Active Power Filter Research Status)

1.4本文主要研究内容(Main Content of This Research）

2经典ip-iq谐波检测方法及其改进方法的理论推导

2.1 引言(Preface)

2.2 ip-iq法谐波检测原理(Principle of ip-iq harmonic detection)

2.3 APF 直流侧电压控制机理研究(Research on DC Voltage Control Mechanism)

2.4 改进的ip-iq谐波检测方法理论推导(Theoretical Derivation of the Improved ip-iq Harmonic Detection Method)

2.5 关于影响ip-iq法检测精度的讨论(Discussion on the Impact to the Accuracy of ip-iq Detection Method)

2.6本章小结(Chapter Summery)

3基于有效值的谐波检测新方法

3.1引言(Preface)

3.2 基于有效值的谐波检测新方法及其误差分析(A New Harmonic Detection Method Based on RMS and Its Error Analysis)

3.3 RMS 谐波检测方法的改进及直流侧电压控制(the Improved RMS Harmonic Detection Method and the DC-side Voltage Control)

3.4 RMS 谐波检测方法的误差补偿分析(Error Compensation Analysis for RMS Harmonic Detection Method)

3.5 RMS 法积分环节对暂态响应的影响(Transient Response Influence of the Integral Part of RMS Method)

3.6 MATLAB仿真验证及分析(MATLAB Simulation and Analysis)

3.7 实验验证 (Experimental Verification)

3.8 本章小结(Chapter Summery)

4 基于空间矢量的滞环电流控制策略

4.1 APF 内环电流控制策略概述(APF Inner Current Control Strategies Outlined)

4.2 基于空间矢量双滞环电流控制的原理(Principle of Double Hysteresis Current Control Based on Space Vector)

4.3 空间矢量滞环电流控制仿真验证(Hysteresis Current Control Simulation Based on Space Vector)

4.4本章小结(Chapter Summery)

5大容量APF研究

5.1 引言(Preface)

5.2多模块APF拓扑结构(Multi-module APF Topology)

5.3 多模块 APF 并联运行均流及冗余机制研究(Studies on Harmonic Current Balance and Redundancy of Multi-module Parallel APF)

5.4多模块APF并联运行环流分析(Circulation Analysis of Parallel Multi-module APF)

5.5 MATLAB 仿真及实验分析(MATLAB Simulation and Experimental Analysis)

5.6本章小结(Chapter Summery)

6 APF系统总体设计及实验研究

6.1实验系统硬件平台(Hardware Platform of Experimental System)

6.2滑窗定积分的数字化(Sliding Window Definite Integral Digital)

6.3实验结果及分析(Experimental Results and Analysis)

6.4本章小结(Chapter Summery)

7结论及展望

7.1结论(Conclusion)

7.2未来工作展望(Expectation of Future Work )

参考文献

作者简历

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