基于复合控制的低压配电网谐波补偿装置APF的研究

摘要

随着电力电子器件、高端微处理器使用量的骤增，大功率设备在工矿企业的广泛应用，使得电力使用效率提高，运行工况得到改善，但随之系统谐波的出现对电能质量带来了考验，因此在控制谐波产生的非线性负载用量的基础上，应当依托先进技术、自适应设备对电网络中谐波进行检测治理。近年来普遍采用并联APF的方法治理谐波，国内外学者也在有源电力滤波器（APF）的研究中取得突破性进展。
　　根据APF装置的运行原理和系统组成，主电路在结构上采用四桥臂的拓扑模型，即对中线电流的补偿由第四桥臂单独完成，以此为基础建立了相应的数学模型并分析了主电路相关参数的选取依据。基于以上分析，对检测手段和控制算法等进行了研究和分析。对APF装置检测部分的设计，依据瞬时无功功率理论，分析低压三相四线制电路中瞬时有功、无功以及零序电流的组成特点，对供电系统中的适用性进行了验证，并选择了利用均值法代替低通滤波器的改进ip-iq法，提高装置谐波检测速度和准确率。本文主要对APF装置的电流跟踪策略展开研究，针对目前传统单一的控制策略存在的不足，如PI控制响应速度快但精确度不高，重复控制能够避免这一问题却有一个周期的延迟，利用并联复合控制的方法进行弥补。该算法在很大的程度上解决了精度和速度不统一的问题，但是这种并联模型在对指令信号的跟踪效果上还是存在一定的误差。为了弥补复合控制器补偿性能上的不足，引用自适应并联复合控制器的现代控制方法，利用BP神经网络对原控制器进行改造，用于提高装置的抗扰动性能和响应速度。
　　通过对拓扑结构、检测方法、控制策略等部分研究，在MATLAB平台搭建三相四线制有源电力滤波器的仿真模型，与传统控制方法下的系统性能进行对比分析，检验改进后有源电力滤波器的系统性能，并搭建了实验平台，证明自适应并联复合控制系统在电网中改善供电质量的合理性和实用性。

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摘 要

Abstract

Contents

1 绪 论

1.1 谐波的不良影响

1.2 谐波治理的标准及方法

1.3 有源电力滤波器的发展现状

1.3.1 检测方法的研究

1.3.2 控制方法的研究

1.3.3 发展趋向

1.4 本文主要研究内容

2 APF装置的工作原理与拓扑结构分析

2.1 APF的工作原理

2.2 APF的组件

2.3 系统拓扑结构及数学模型

2.4 主电路参数

2.5 小结

3 三相四线制APF装置检测策略研究

3.1 瞬时无功功率理论基础

3.2 三相三线制负载畸变电流检测方法

3.3 三相四线制中理论应用可行性分析

3.4 改进谐波检测算法分析

3.5 谐波检测Simulink仿真

3.6 小结

4 三相四线制APF装置复合控制策略研究

4.1 传统控制系统策略

4.1.1 PI控制方法

4.1.2 重复控制方法

4.1.3 复合控制方法

4.2 自适应复合控制策略

4.3 中线电流和直流侧电压控制

4.3.1 中线电流控制

4.3.2 直流侧稳压控制

4.4 小结

5 有源电力滤波器装置仿真分析及实验测试

5.1 APF系统仿真模型的建立

5.1.1 并联APF仿真模型

5.1.2 负载模块

5.1.3 谐波电流检测算法模块

5.1.4 系统控制器模块

5.2 APF补偿性能仿真结果与分析

5.2.1 不平衡负载检测仿真分析

5.2.2 谐波控制仿真分析

5.2.3 APF动态响应性能分析

5.3 APF装置实验测试

5.3.1 系统硬件电路结构

5.3.2 系统软件设计

5.3.3 实验平台及结果分析

5.4 小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录A

附录B

作者从事科学研究和学习经历简介

从事科学研究简介：

学习经历简介：

攻读硕士期间主要成果

致 谢