基于动态因子谐波检测方法的有源滤波器应用研究

摘要

随着用电设备对电能质量要求的提高，谐波抑制和无功补偿问题越来越受到广泛的研究和重视，而以谐波抑制、无功补偿为主要功能的有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)的基本理论已经成熟，其采用现代电力电子技术、数字信号处理技术和先进控制理论，被视为现在解决谐波污染的最有效和最具潜力的途径。本文在综合国内外相关文献基础上，介绍了有源电力滤波器的发展历程、现状和趋势，以及有源电力滤波器的分类和拓扑结构，对单相并联型有源电力滤波器的谐波检测和并联型有源电力滤波器的控制策略两个主要部分进行了研究，仿真和实验验证了方法的有效性和合理性。
　　首先，介绍了有源电力滤波器的发展及研究现状，并对谐波产生的原因及其危害和谐波检测算法做了概括性的论述和总结。
　　其次，通过对并联型有源电力滤波器的工作原理和工作特性的分析，提出了三种谐波及无功电流检测方法。鉴于传统自适应谐波检测算法中步长的选择需要在收敛速度与稳态精度之间进行折衷考虑，降低了算法的实用性。为了克服此局限性，首先，本文提出动态因子LMS(Dynamic Factor Least Mean Square, DFLMS)自适应谐波检测算法，通过引入动量项，并利用误差信号在相邻时刻的时间均值估计来控制步长更新，大大加快了算法的收敛速度。采用动态因子项对误差进行再次调解，减小了低信噪比情况下的稳态失调，增强了算法对噪声的抗干扰性。其次，针对DFLMS算法的基本原理和理论推导做了详细的阐述，并通过仿真和实验将DFLMS算法与其他自适应谐波检测方法在有源电力滤波器中的应用进行了对比。在此基础上对算法进行改进，提出多重因子变步长(Multi-Factor Least Mean Square, MFLMS)自适应谐波检测算法，该方法增加了相邻时刻误差信号的自相关值及静态因子对权值迭代的影响，并利用误差信号的时间均值估计来控制步长更新，加快了谐波检测的动态响应速度。最后，为了进一步提高跟踪后的精度，在一定的时间后增加相邻时刻误差信号的自相关值及静态因子对权值迭代的影响，提出了限幅变步长LMS(Limiting Least Mean Square, LLMS)谐波检测算法，对算法进行了进一步的改进。结果表明上述三种自适应谐波和无功电流检测方法具有实现简单、响应速度更快、稳态精度更高的优点。
　　最后，对有源电力滤波器进行了应用研究。在对有源电力滤波器的主电路进行研究的基础上，给出功率器件的选取原则和主要电路参数的计算方法，基于谐波电流检测算法和电流跟踪控制策略作了软件的实现，为有源电力滤波器的实际应用提供了有益的探索。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 谐波的产生及危害

1.3 有源电力滤波器的发展及研究现状

1.4 谐波电流检测方法

1.5 本文主要研究内容及创新点

第2章 动态因子变步长谐波检测方法

2.1 前言

2.2 动态因子变步长自适应谐波检测方法

2.3 多重因子变步长自适应谐波检测算法

2.4 限幅变步长自适应谐波检测算法

2.5 自适应谐波检测算法仿真及实验验证

2.6 本章小结

第3章 并联型有源电力滤波器控制策略研究

3.1 引言

3.2 并联有源电力滤波器模型及原理分析

3.3 主电路直流侧电压控制

3.4 三角载波电流跟踪控制

3.5 本章小结

第4章 有源电力滤波器应用研究

4.1 有源电力滤波器硬件实现

4.2 有源电力滤波器软件实现

4.3 测试过程与结果

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目