电流型有源滤波器及其控制的研究

摘要

随着科学技术的不断进步和发展，非线性大功率负载不断增多，由此带来的无功冲击和谐波污染问题越来越严重，因此谐波和无功的治理成为改善电能质量的重要内容。有源电力滤波器(APF)是常用的治理装置，可以动态抑制系统中的谐波、补偿无功功率。目前，常用的APF主要是采用电压型逆变器的结构形式，相比而言，基于电流型逆变器的APF具有响应速度快，可靠性高，滤波范围广等优点，特别是随着超导材料及其储能技术的发展，电流型APF呈现出良好的应用前景。 本文在分析APF工作原理及其数学模型的基础上，研究了基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测算法，并对检测效果进行了仿真验证。 对APF基于传统PI的间接控制和直接控制进行了分析。同时，通过分析电流型APF的拓扑结构，建立了相应的数学模型。并基于空间矢量控制的原理，研究了电流型逆变器的SVPWM控制原理及实现过程。 滑模变结构控制在响应速度、鲁棒性等方面都占有优势，本文针对电流型APF的结构特点，研究了基于滑模变结构的系统控制策略。控制中采用幂次趋近律的滑模控制方法，通过调整参数加速向滑模面的趋近过程，减小抖振。 运用PSCAD/EMTDC软件搭建了电流型APF的仿真模型，对本文提出的基于幂次趋近律的电流型APF的滑模变结构控制策略进行了仿真分析，仿真结果表明该控制方法具有良好的有源滤波和无功补偿效果，并且能够对不对称负载进行有效补偿。

目录

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摘要

1绪论

1．1引言

1．2电网中的谐波问题

1．3谐波的治理

1．3．1谐波的治理标准

1．3．2谐波的治理措施

1．4有源电力滤波器的发展及研究现状

1．5本文主要研究内容

2有源电力滤波器的结构和原理

2．1有源电力滤波器的分类

2．2 APF的工作原理

2．3 APF的数学模型分析

2．4 APF的电流跟踪控制技术

2．5电压型APF

2．6本章小结

3 APF的检测算法和控制策略

3．1 APF的无功和谐波电流检测算法

3．1．1瞬时无功功率理论

3．1．2 p-q检测算法

3．1．3 ip-iq检测算法

3．1．4 ip-iq算法的Matlab仿真

3．2 APF的PI控制策略

3．2．1基于PI的间接控制

3．2．2基于PI的直接控制

3．2．3直接控制的问题分析

3．3本章小结

4基于电流型有源电力滤波器的研究

4．1电流型APF的优势分析

4．2电流型APF的拓扑结构

4．3电流型APF的数学模型

4．4电流型逆变器的空间矢量PWM

4．4．3电流型逆变器SVPWM原理

4．4本章小结

5 基于滑模变结构的电流型APF的控制及仿真研究

5．1滑模变结构控制

5．1．1滑模控制原理

5．1．2抖振问题

5．2基于幂次趋近率的电流型APF滑模变结构控制策略

5．3仿真研究

5．3．1仿真软件PSCAD／EMTDC

5．3．2仿真分析

5．4本章小结

6 结论

6．1全文总结

6．2论文创新点

6．3论文的不足之处

7 展望

参考文献

致谢