基于多内模复合控制的有源电力滤波器研究及其在微电网中的应用

摘要

为了应对大规模新能源发电对传统电网造成的不利影响，近年来，国内外专家和学者提出了微电网的概念，用于解决分布式电源并网与传统电网稳定运行之间的矛盾。但是微电网中电力电子并网装置的广泛应用以及单相/三相变频器等非线性负荷的推广普及，给微电网系统注入了大量谐波、不平衡电流，严重危害微电网系统安全可靠运行。为了解决这个问题，将有源电力滤波器(active power filter，APF)用于微电网提高其电能质量逐渐成为热门的研究方向。
　　本文结合当前有源电力滤波器APF的理论知识和关键技术，提出了在αβγ静止坐标系下采用多内模复合控制策略设计三相四线制APF电流环控制器，通过理论分析、数学建模、软件仿真和硬件平台测试等，研制了用于低压微电网的三相四线制 APF样机。通过本文的研究主要获得以下成果：
　　(1)在总结有源电力滤波器APF相关理论知识和低压微电网电能质量及其控制技术最新研究成果的基础上，基于无谐波检测控制原理，提出在αβγ静止坐标系下采用多内模复合控制策略设计三相四线制AP F的电流环控制器。
　　(2)在对不同拓扑结构的三相四线制APF进行对比分析的基础上，选择了四桥臂逆变器作为其主电路，并直接将网侧电流、直流母线电压作为三相四线制APF的状态变量建立了其数学模型。
　　(3)在αβγ静止坐标系下提出的多内模复合控制策略利用矢量谐振控制频率适应性好和稳定裕度大的优点实现对基频分量的快速跟踪控制，利用重复控制计算量小的特点实现对周期性谐波信号的有效跟踪控制，具有动态响应速度快、稳态精度高、计算量小的特点。
　　(4)通过建模分析、软件编程、硬件设计和实验平台，实现了采用多内模复合控制策略的三相四线制AP F，并通过相关仿真和实验进行了验证。
　　(5)研究结果表明，采用本文所提出的多内模复合控制策略的三相四线制APF能够有效解决低压微电网的电流波形畸变、功率因数低、负荷不平衡等问题，对于其在微电网的进一步工程应用具有很强的指导意义。
　　本文研究得到山西省煤基重点科技攻关项目(MD2014-06)的支持。

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第一章 绪论

1.1 研究电能质量的意义

1.2 有源电力滤波器APF的数字控制技术

1.3 微电网电能质量控制技术的研究现状

1.4 本文的主要内容

第二章 三相四线制APF的数学建模

2.1 微电网中负荷特性分析

2.2 三相四线制APF主电路拓扑结构

2.3 三相四线制APF的数学模型

2.4 本章小结

第三章 三相四线制APF的控制策略

3.1 无谐波检测控制原理

3.2 矢量谐振控制与重复控制

3.3 多内模复合控制策略

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第四章 三相四线制APF的研制

4.1 三相四线制APF硬件电路的设计

4.2 三相四线制APF控制系统的软件设计

4.3 本章小结

第五章 样机的搭建与调试

5.1 实验平台及样机搭建

5.2 实验分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果