基于矢量谐振控制的有源滤波器电流控制研究

摘要

电力电子变换装置的广泛应用提高了电能的利用效率，节约了能源，同时也给电网带来了日益严重的谐波污染。作为治理谐波污染的一项关键技术，有源滤波器(APF)已成为电力电子领域的热门研究方向之一。APF可以向电网提供与负载谐波电流大小一致但相位相反的补偿谐波电流，从而降低电网电流的畸变率。为提高APF补偿谐波电流的跟踪控制性能，本文设计了基于矢量谐振(VR)控制的APF，可以实现对特定次谐波电流进行高精度补偿。
　　首先，介绍了APF的基本工作原理，并根据电路拓扑结构建立APF在同步旋转dq坐标系下的数学模型。根据电压和电流控制的不同特点，采用电压外环和电流内环的控制结构。比较不同谐波电流检测算法的优缺点，选择基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波检测方法提取电网谐波。比较分析了APF不同电流控制算法的优缺点，并提出了矢量谐振控制和PI控制并联的电流控制策略。矢量谐振控制的优势在于矢量谐振控制器可以同时无静差控制APF的一组正、负序谐波电流，而采用PI控制可以提高APF电流环的动态性能，并能高精度地调节电压环输出的基波电流，稳定直流电压。
　　在MATLAB/Simulink平台上，仿真分析了VR控制器参数取值对APF稳态补偿精度的影响，仿真结果表明在VR控制器参数取值越小时，APF稳态补偿精度越高；仿真分析了PI控制器参数取值对APF动态补偿性能的影响，仿真结果表明增大PI控制器参数可以提高APF的动态补偿性能。
　　最后，设计了一台TMS320F28335为控制核心的APF样机。在APF样机上验证采用VR控制的APF对谐波电流的稳态和动态补偿效果。

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第1章 绪论

1.1 谐波的产生及危害

1.2 谐波治理的方法

1.3 有源滤波器的研究现状

1.4 本论文的研究内容

第 2 章 有源电力滤波器的理论基础

2.1 有源电力滤波器的基本原理

2.2 并联APF在同步旋转坐标系下的数学模型

2.3 有源电力滤波器的整体控制结构

2.4 锁相环

2.5 谐波电流检测

2.6 空间矢量脉宽调制

2.7 仿真验证

第3章 APF电流的矢量谐振控制

3.1 矢量谐振控制的基本特性

3.2 APF谐波电流的矢量谐振控制研究

3.3 APF基波电流的矢量谐振控制研究

3.4 矢量谐振控制器的参数设计

3.5 数字控制延时的影响

3.6 仿真验证

第4章 并联有源滤波器系统设计与实现

4.1 主电路设计

4.2 控制系统硬件设计

4.3 系统软件设计

4.4 本章小结

第5章 实验

5.1 实验

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果