并联型有源电力滤波器谐波电流预测算法和技术的研究

摘要

大量的电力电子装置和非线性负载广泛地应用到生产生活的各个行业，由此引起了严重的电力系统谐波污染。对于越来越高的电能质量要求，谐波治理问题的研究具有十分重大的理论和现实意义。
　　有源电力滤波器是治理电网谐波污染的最有效手段，相比于无源电力滤波器它具有动态性能强、补偿功能多、不与系统发生谐振等特点。有源电力滤波器的拓扑结构，谐波电流检测算法和补偿电流控制方法是其研究的主要方向。
　　本文研究的是三相三线制并联型有源电力滤波器，根据系统结构特点，得到有源电力滤波器电气模型，分析了影响有源电力滤波器系统性能的主要因素。随后建立有源电力滤波器的数学模型，得到系统各物理量的数学关系，并计算主电路电容和电感参数取值范围。
　　谐波治理对有源电力滤波器系统的实时性要求很高，但是系统在数字化谐波检测和控制时会不可避免的产生延时，系统延时对有源电力滤波器补偿性能会产生严重影响。减小系统延时影响的最有效措施是在信号处理中采用谐波电流预测算法。本文在三相瞬时无功功率理论的基础之上，提出了有源电力滤波器谐波电流预测算法，根据算法总体思想分步设计算法每个环节，并且在MATLAB软件平台上搭建了有源电力滤波器的Simulink仿真模型，仿真结果表明谐波电流预测算法能够加快系统的响应速度，减小系统延时的影响。
　　最后，在有源电力滤波器的数学模型和仿真模型基础上，搭建了有源电力滤波器实验样机。分别对有源电力滤波器系统的硬件平台和软件编程进行了分析设计，实现了谐波电流预测技术，实验结果表明谐波电流预测技术能够有效地降低谐波畸变率，提高系统动态补偿能力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电能质量概念及标准

1．2 电力系统谐波的产生和危害

1．2．1 电力系统谐波产生的原因

1．2．2 电力系统谐波的危害

1．3 电力系统谐波治理手段

1．4 有源电力滤波器的国内外发展现状

1．5 有源电力滤波器的分类

1．6 本文所做的主要工作

第2章 并联型APF数学建模及分析

2．1 并联型APF结构和工作原理

2．2 并联型APF电气模型和数学模型

2．2．1 并联型APF电气模型

2．2．2 并联型APF数学模型

2．3 主电路电容和电感参数选择

2．3．1 主电路电容参数选择

2．3．2 主电路电感参数选择

2．4 APF谐波电流检测算法

2．5 APF补偿电流控制算法

2．6 本章小结

第3章 APF系统延时问题的分析

3．1 APF系统延时环节的引入

3．2 延时对系统性能的影响

3．3 减小系统延时影响的措施

3．4 本章小结

第4章 APF谐波电流预测算法

4．1 基于功率不变的坐标变换

4．1．1 Clarke正变换和反变换

4．1．2 瞬时有功电流和无功电流的计算

4．2 数字低通滤波器的设计

4．2．1 数字低通滤波器的选型依据

4．2．2 IIR数字低通滤波器的设计

4．3 谐波电流预测模型的设计

4．3．1 预测算法原理

4．3．2 预测模型的建立

4．3．3 预测模型参数的初始化

4．4 APF谐波电流预测算法总体思想

4．5 APF谐波电流预测算法的仿真验证

4．6 本章小结

第5章 谐波电流预测技术的实现

5．1 谐波电流预测技术系统概述

5．2 采样电路的设计

5．2．1 电流采样电路的设计

5．2．2 电压采样电路的设计

5．3 锁相倍频电路

5．3．1 过零检测电路

5．3．2 锁相倍频电路的设计和优化

5．3．3 锁相倍频电路的数学模型

5．3．4 锁相倍频电路的参数优化

5．4 软件程序算法

5．5 实验样机及部分实验数据

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢