三相并联型有源电力滤波器的双闭环控制策略研究

摘要

由于电力电子技术的发展,许多大功率非线性电子器件被应用到煤矿电网中。随着这些器件不断接入电网中,造成了煤矿供电电网电流、电压波形的畸变,谐波量显著增加,引发了谐波污染,导致供电质量下降,影响煤矿的安全生产。因此,煤矿电网谐波治理具有重要的意义和实际需求。
　　本文选择有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)作为抑制煤矿供电系统谐波的方法,并对其基本原理和结构做了简要说明。接着,对三相三线制并联型有源电力滤波器进行数学建模,同时对其进行坐标变换及解耦控制,为电流环的控制提供依据。针对APF检测环节选择FBD(Fryze-Buchholz-Dpenbrock)功率理论检测算法检测谐波电流,与基于瞬时无功功率理论的检测法相比,具有实时性好,精度高,易实现的特点。
　　进一步,在准确检测出谐波电流的基础上,对传统的 PI控制双闭环控制系统的电流环和电压环进行详细的参数设置,以及利用 Matlab对整个系统进行仿真实现,结果表明整个系统的补偿效果不佳。由于电流环存在高频周期性干扰信号,PI控制无法对变化的信号进行无差的跟踪;电压环受电容平均电压和纹波电压变化的影响,无法建立精确的数学模型,在 PI控制下易产生超调、响应时间长、存在稳态误差。
　　由于 PI控制器存在问题,本文提出将重复控制引入电流环,模糊控制加入电压环,来弥补 PI控制的不足。文章详细说明电流环重复控制器各个参数设计过程和电压环模糊控制规则的建立。在 Matlab/Simulink中对新型复合控制器的SAPF双闭环控制系统进行仿真验证,结果表明,其控制效果优于原有PI控制方法,补偿后的电源电流总谐波畸变率(THD)下降一半,高频周期性信号明显减弱,直流电压波形没有超调,响应速度快,稳态精度高。仿真数据证明了在新型复合控制策略下的双闭环控制系统的正确性和可行性。

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1 绪论

1.1 电网谐波的研究背景及意义(Research Background and Significance of Harmonic in Grid)

1.2 有源电力滤波器发展状况(Active Power Filter Development Situation)

1.3 有源电力滤波器控制技术(Active Power Filter Control Technology)

1.4 本文研究内容及所做工作 (Research Contents and the Done Work in this Paper)

2并联型有源电力滤波器的理论基础

2.1 并联型有源电力滤波器的系统结构和基本原理(System Architecture and Basic Principles of Shunt Active Power Filter)

2.2 三相三线 SAPF 数学建模(Mathematical Modeling of Three-phase Three-wire SAPF)

2.3 电压空间矢量 PWM 调制技术(Voltage Space Vector PWM Modulation Technology)

2.4本章小结（Conclusion）

3基于FBD功率理论的三相SAPF谐波电流检测

3.1 谐波电流检测方法的现状(Status of Harmonic Current Detection Method)

3.2 FBD 功率理论的基本原理(The Basic Principles of the FBD Power Theory)

3.3 FBD 法与 p qi ?i 法的一致性分析及特点比较(Consistency Analysis and Features Comparative between FBD and p qi ?i )

3.4 FBD在谐波电流检测中的应用研究(FBD Applied Research in Harmonic Current Detection)

3.5 FBD 法在 APF 谐波电流检测环节的仿真分析(Simulation Analysis of Harmonic Current Detection by FBD Method in APF System)

3.6本章小结(Conclusion)

4基于PI控制的SAPF双闭环控制器设计

4.1 SAPF双闭环控制器的设计(The Design of SAPF Double-loop Controller)

4.2 PI 双闭环控制器的参数设计(The PI Parameters Design of Double-loop Controller)

4.3 PI双闭环控制的仿真分析(Simulation Analysis of PI Double Closed-loop Control)

4.4 本章小结(Conclusion)

5基于新型复合控制器的SAPF双闭环控制器的设计

5.1 基于 PI-重复控制的电流内环的设计(Based on PI-repeat Control Design of Durrent Loop)

5.2 基于模糊-PID 控制的电压外环设计(Based on Fuzzy-PID Control Design of Voltage Loop)

5.3 基于新型复合控制器的双闭环控制系统仿真分析(Based on new composite controller simulation analysis of double-loop control system)

5.4 本章小结(Conclusion)

6 结论

6.1总结（Summary）

6.2 展望（Prospect）

参考文献

作者简历

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