并联型有源电力滤波器的自适应控制研究

摘要

近年来随着电力电子技术的逐步发展，各类大功率电力电子设备等非线性负载越来越多地被接入电网，使得电网谐波、无功等在内的电能质量问题越发严重。有源电力滤波器作为能有效抑制电网谐波电流、实现无功补偿的设备，成为了解决电能质量问题重要的手段之一。并联型有源电力滤波器（SAPF）具有输出电流变化范围宽，变化速度快的特点。所以输出滤波器的特性对于APF的补偿效果至关重要。而由于磁性材料的物理特性导致输出滤波电感具有强非线性，且在轻载、重载条件下电感量具有明显差别，这对有源电力滤波器控制器的控制效果会产生极大的影响。所以本课题将并联型有源电力滤波器作为研究对象，引入模糊控制及重复控制，研究在输出滤波电感变化条件下的电流环自适应控制算法。
　　首先，建立并联型有源电力滤波器的数学模型并对输出滤波电感的非线性进行分析。通过分析APF的工作原理，确定并联型有源电力滤波器的电路模型，并且进一步建立APF在ABC静止坐标系、αβ静止坐标系及同步旋转坐标系下的数学模型。此外，研究磁性材料本身性质的变化规律，对电感的非线性进行数学建模，进而得到电感量变化的仿真模型，对仿真结果进行分析，验证电感量变化会影响APF的补偿效果。
　　然后，设计基于模糊PI自适应控制的APF电流环控制器。对模糊控制器的基本组成及设计方法进行研究。针对在额定电感情况下的APF，设计了数字PI控制器，并研究电感变化对于数字PI控制器控制效果的影响。在考虑电感量宽范围变化的条件下，引入模糊控制，设计 APF电流环模糊 PI控制器，通过实时调整 PI控制器参数，减小变电感对系统的影响。对基于模糊PI控制的APF电流环仿真波形进行分析。
　　最后，设计重复控制器提高APF电流环的跟踪精度。从内模原理开始研究重复控制的基本思想，然后分别从稳定性、稳态误差及误差收敛速度三个方面对重复控制器的控制性能进行分析。以APF电流环控制作为实例，设计数字重复控制器，并对其进行稳定性校验。对基于重复控制和模糊PI的复合APF电流环控制进行仿真，分析仿真结果，验证重复控制和模糊PI的复合控制能够在变电感条件下提高APF的补偿率。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文的主要内容

第二章 并联型有源电力滤波器模型与电感非线性分析

2.1并联型有源电力滤波器的基本原理

2.2并联型有源电力滤波器的数学模型

2.3滤波电感非线性分析

2.4仿真结果与分析

2.5本章小结

第三章 并联型有源电力滤波器模糊PI自适应控制

3.1模糊控制基本原理

3.2基于模糊PI控制的APF电流环控制设计

3.3仿真结果与分析

3.4本章小结

第四章 并联型有源电力滤波器重复控制

4.1重复控制基本思想

4.2重复控制器性能分析

4.3基于重复控制和模糊PI的电流环控制设计

4.4仿真结果与分析

4.5本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1全文总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的主要研究成果