基于Hilbert-Huang变换的有源电力滤波器的研究

摘要

随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，加剧了对电网的污染，产生了大量的谐波。解决谐波问题的方法之一就是装设有源电力滤波器。目前，有源电力滤波器主要应用在中小功率场合，但大功率开关器件以及高速运转的控制芯片在不断的发展，越来越多的被大家应用，传统的多重化技术受到变压器或者电抗器效率、尺寸、可靠性的限制，在提升功率等级时难以广泛推广。多电平变流器给解决这一问题提供了机会。
　　 本文在综合相关资料文献的基础上，首先简单介绍了有源电力滤波器的发展历程、研究现状、整体趋势以及分类。其次，着重分析了载波相移SPWM(CPS-SPWM)技术和级联型多电平变流器的工作原理，将二者结合起来，提出了基于CPS-SPWM技术的级联型多电平变流器APF系统的电路拓扑结构。利用CPS-SPWM技术可以在较低的开关频率下有效地抑制和消除低次谐波，具有相当大的传输带宽的特点，将其和级联型变流器结合用于有源电力滤波器中，基于CPS-SPWM技术的级联型多电平变流器结合了二者的优势，在大功率电力电子装置中有良好的应用前景。
　　 在深入研究希尔伯特．黄变换(HHT)理论的基础上，将HHT应用于有源电力滤波器的谐波电流检测，HHT能有效地将电力系统谐波自适应地分离出来，具有检测精度高，实时性好的特点。在此基础上，针对Hilbert-Huang的端点效应问题，应用最小二乘支持向量机的延拓法对数据进行预测延拓，避免镜像闭合延拓法数据庞大的缺点，减轻端点效应对数据分析精度的影响。
　　 最后用Matlab中的Simulink工具对有源电力滤波器的各个关键部分进行了建模。仿真结果表明，基于希尔伯特．黄变换的有源电力滤波器，能较好地实现对非线性负载引起的谐波及无功污染的补偿，有良好的工业应用前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 谐波治理措施

1．3 大功率变流装置的拓扑结构

1．4 多电平逆变器调制策略

1．5 有源电力滤波器国内外发展现状

1．6 本论文的主要工作

2 有源电力滤波器

2．1 引言

2．2 APF的工作原理

2．3 有源电力滤波器的分类

2．4 交流侧电流控制

2．4．1 滞环比较方式

2．4．2 三角载波控制方式

2．4．3 周期采样控制

2．5 直流侧电容电压控制

2．6 本章小结

3 载波相移SPWM技术的研究及在APF系统中的应用

3．1 CPS-SPWM技术

3．2 CPS-SPWM基本原理

3．3 基于CSP-SPWM技术的级联H桥型逆变器

3．3．1 工作原理

3．3．2 仿真分析

3．4 本章小结

4 基于希尔伯特-黄变换(HHT)的有源电力滤波器谐波检测

4．1 谐波电流检测方法

4．2 HHT概述

4．3 瞬时频率

4．4 固有模态函数(IMF)

4．5 HHT变换

4．5．1 经验模式分解步骤

4．5．2 终止条件

4．5．3 曲线拟合及端点效应

4．5．4 最小二乘支持向量机

4．6 基于HHT的有源电力滤波器谐波检测

4．7 本章小结

5 有源电力滤波器的建模及仿真

5．1 仿真软件MATLAB/SIMULINK

5．2 有源电力滤波器的仿真研究

5．2．1 主电路模型及参数

5．2．2 谐波检测模型

5．2．3 谐波源模型及其参数

5．2．4 CPS-SPWM控制

5．2．5 直流侧电容电压控制

5．2．6 仿真分析

5．3 本章小结

6 总结及展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献