模块化三电平有源电力滤波器的电流跟踪策略研究

摘要

随着大量非线性负载在电网中的应用，谐波污染问题已经成为影响电网系统中电能质量的严重问题。有源电力滤波器（APF）是解决电网中谐波污染的主要手段之一，尤其是三电平有源电力滤波器，具有电流纹波小，谐波畸变率低，硬件结构紧凑，易于模块化设计等优点，已得到了越来越广泛的研究和应用。在有源电力滤波器的控制算法研究中，电流环跟踪控制策略是最关键最核心的部分，本文结合仿真和实验，对模块化三电平有源电力滤波器中的电流跟踪控制策略进行了研究。
　　本文介绍了三电平并联型APF的基本结构和工作原理，说明其控制方法，对其中影响谐波补偿效果最为关键的因素，电流环跟踪控制策略进行了重点研究。文中重点分析了比例积分控制器，比例谐振控制器和重复控制器这三种控制器的基本原理，参数设计，系统稳定性以及在APF中的具体应用等，并提出了在abc三相静止坐标系下和dq同步旋转坐标系下的具体的比例谐振和 PI+重复控制的电流环控制方案。
　　本文通过Matlab/Simulink仿真平台对各控制方案进行了验证和比较，得出合理的结果。同时本文还搭建了一台基于DSP28335+CPLD的额定补偿电流为50A的模块化三电平有源电力滤波器的样机，利用该样机测试了在abc三相静止坐标系下和dq同步旋转坐标系下的比例谐振以及 PI+重复控制的各电流环控制方案，验证了相关控制策略的可行性，并对它们的稳态性能和动态性能进行了对比和分析。

目录

声明

1 绪论

1.1 电力系统的谐波来源和危害

1.2 谐波的治理方案

1.3 三电平有源电力滤波器的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

2 三电平有源电力滤波器的结构和工作原理

2.1 三电平NPC型结构的工作原理和数学模型

2.2 三电平APF的基本结构和控制策略选择

2.3 PWM波调制算法

2.4 谐波电流提取算法

2.5 电压环控制算法

2.6 本章小结

3 三电平有源电力滤波器的电流环控制策略研究

3.1 LCL型输出滤波器的拓扑结构和数学模型

3.2 dq解耦控制

3.3 比例积分控制（PI控制）

3.4 比例谐振控制（PR控制）

3.5 重复控制

3.6 本章小结

4 三电平有源电力滤波器的电流控制策略仿真与实验

4.1 三电平有源电力滤波器的仿真平台和实验平台的搭建

4.2 基于PI控制器的电流环跟踪策略仿真

4.3 基于比例谐振控制器的电流环跟踪策略仿真和实验

4.4 基于PI+重复控制器的电流环跟踪策略仿真和实验

4.5 基于比例谐振控制器和PI+重复控制器的电流环负载突变仿真

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文研究工作总结

5.2 未来研究工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文