引入VPI控制器的改进型三相四开关SAPF的研究

摘要

并联型有源电力滤波器(SAPF，Shunt Active Power Filter)是目前能有效抑制和补偿谐波的常用措施之一。在低压领域为了节省成本，降低SAPF的价格，三相四开关并联型有源电力滤波器(TPFSSAPF)被提出，大量六开关SAPF的控制算法和检测算法被尝试应用于四开关—TPFSSAPF拓扑中。如何选择一种更加有效并且价格低廉的控制策略成为四开关拓扑SAPF研究的重点。
　　TPFSSAPF的拓扑是由六开关SAPF拓扑根据基尔霍夫电流定律演化而来的，将六开关拓扑直流侧电容改为两电容串联并将变流器中的任意一相直接接与直流侧两串联电容中点便得到TPFSSAPF拓扑。由于开关数目的降低，TPFSSAPF的制造成本明显低于六开关SAPF。本文首先针对TPFSSAPF建立数学模型，通过数学模型分析出四开关直流侧电压控制与六开关的不同，并由此对四开关直流侧电压控制做出了改进。
　　然后，针对传统控制方案的不足将矢量比例积分(VPI，Vector Proportional Integral)控制器引入到改进型TPFSSAPF控制策略当中。改进型控制策略只检测网侧电流，可在减少传感器数量同时避免谐波电流检测精度对补偿效果的影响的前提下保证SAPF良好的补偿性能。另外，通过设定合适的VPI参数便可实现对谐波的选择性补偿，由此可降低SAPF的容量进一步节省成本。另外，本文对单相数字锁相环的实现进行了详细的分析与研究，同时提出针对TPFSSAPF的SVPWM电流调制算法。
　　最后，本文利用MATLAB软件建立了SAPF整个系统仿真模型，对本文提出的改进型控制策略进行了仿真验证;同时设计了实验样机，对其进行实验验证，实验结果证明了该策略的可行性、有效性和实用性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 APF的发展及现状

1．1．1 APF结构的发展

1．1．2 谐波电流检测和指令电流调制方法的种类与优缺点

1．2 选题目的及本文主要工作

2 TPFSSAPF的工作原理及数学模型

2．1 典型SAPF工作原理

2．2 TPFSSAPF在abc静止坐标系下的模型建立

2．3 TPFSSAPF在dq旋转坐标系下的模型建立

2．4 TPFSSAPF直流侧电容电压偏差分析

2．5 本章小结

3 改进型TPFSSAPF控制策略的研究

3．1 传统检测负载电流控制方式

3．1．1 传统检测负载电流控制方式概述

3．1．2 基于dq同步谐波旋转坐标系的谐波提取法

3．2 改进型TPFSSAPF控制策略

3．2．1 VPI控制器的引入

3．2．2 引入VPI控制器的SAPF控制策略

3．3 改进型TPFSSAPF电流控制器的研究

3．3．1 VPI控制器的特性及参数设计

3．3．2 VP!电流控制器的离散化

3．4 改进型TPFSSAPF的直流电压外环控制

3．4．1 传统直流侧电压控制

3．4．2 四开关拓扑直流侧电压控制

3．5 单相电压软件锁相环研究与实现

3．5．1 改进单相电压软件锁相环原理

3．5．2 单相电压软件锁相环的仿真验证与程序实现

3．6 本章小结

4 TPFSSAPF的SVPWM调制算法

4．1 SAPF的SVPWM控制一般原理

4．2 TPFSSAPF的SVPWM调制算法

4．2．1 TPFSSAPF的电路分析

4．2．2 TPFSSAPF的电压空间矢量分析

4．2．3 TPFSSAPF的SVPWM调制算法

4．3 本章小结

5 改进型TPFSSAPF控制策略系统仿真和实验研究

5．1 系统仿真结果及分析

5．2 实验样机设计

5．2．1 功率单元模块的选取

5．2．2 直流储能电容设计

5．2．3 输出滤波电抗器设计

S．2．4 补偿容量的确定

5．2．5 驱动电路选择

5．2．6 采样控制电路选择

S．2．7 样机概况

5．3 实验结果及数据分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 未来展望

参考文献

作者简历

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