基于SVPWM控制的三电平并联型APF研究

摘要

电力电子设备的普及给人类生产、生活带来便利的同时也加重了电网谐波污染，然而，迅速增加的各类自动化设备、电子设备等对电能质量的要求却越来越高，因此，若不加强治理，谐波污染日益严重的电网将无法满足用电设备对电能质量的要求。目前治理谐波污染的措施有很多，就低压及中小容量场合而言，三电平并联型 APF因其具有补偿能力强、谐波成分少、直流侧电压利用率高等优点而被看好。但目前仍存在开关损耗偏高、直流侧电容中点电位波动影响补偿性能和可靠性等技术问题而影响其实际工程应用。
　　本文以1字形三电平并联型 APF为研究对象，着重研究了三电平并联型APF SVPWM调制技术的优化控制，针对三电平APF死区效应问题提出了一种基于电流区间判断的直接脉冲修正法。根据电路理论和工程实现要求估算了主电路参数范围，并通过 Matlab仿真研究了主电路参数对其补偿特性的影响规律。具体内容如下：
　　1）从介绍APF的研究现状和分类入手，明确三电平并联APF的适用场合、优缺点和有待解决的问题。
　　2）介绍了三电平并联型 APF的主电路拓扑、工作原理及数学模型，分析了直流侧电压、电容值及交流侧电感等参数与 APF的输出电压的关系，为实验参数的设计和进一步优化控制研究奠定基础。
　　3）对三电平并联型APF的谐波电流检测、电流跟踪控制、直流侧电压调节控制等环节分别进行了分析，明确各环节对 APF工作性能的具体影响。
　　4）根据SVPWM基本原理，依次分析和推导了三电平并联型APF的输出电压矢量分布、空间电压矢量的区间划分及判断步骤、基本电压矢量的作用时间、作用次序；针对中点电位失衡原因提出中点电位平衡控制方法；对三电平APF的死区效应进行分析，提出了减小死区效应的SVPWM优化控制方法。
　　5）依据主电路参数设计原则，对主电路参数进行估算，确定了主电路参数范围；采用控制变量法仿真研究了主电路参数对 APF补偿特性的影响规律，确定了实验参数。
　　6）通过编程解决了dSPACE的DWO（Digital Wave Output）模块不能同步输出12路PWM波形的问题，搭建了基于dSPACE控制的三电平并联型APF实验平台。通过实验平台实现了对APF的精确控制，验证了硬件参数选择方法的正确性和优化后SVPWM优化控制方法的可行性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2有源电力滤波器的发展

1.3 本文主要研究内容

第二章 三电平并联型APF的工作原理及数学模型

2.1三电平并联型APF的系统结构及原理概述

2.2 三电平并联型APF的拓扑结构及工作原理

2.3三电平并联型APF的数学模型

2.4 本章小结

第三章 三电平并联型APF主要控制环节分析

3.1 谐波电流检测

3.2 电流跟踪控制

3.3直流侧电压调节控制

3.4 本章小结

第四章 三电平并联型APF的空间矢量推导与直流电容中点电位平衡

4.1 空间矢量推导

4.2基于SVPWM调制的中点电位平衡控制

4.3 本章小结

第五章 三电平并联型APF的死区效应分析及其优化

5.1 死区效应的产生及危害

5.2 基于电流区间判断的死区效应削弱法

5.3死区效应补偿的仿真研究

5.4 本章小结

第六章 三电平并联型APF的主电路参数对补偿特性影响的研究

6.1 主电路参数设计原则

6.2 主电路参数设计

6.3 主电路参数对APF补偿特性的影响

6.4 本章小结

第七章 三电平并联型APF的实验研究

7.1 基于dSPACE的实验平台

7.2实验结果及分析

7.3 本章小结

全文总结

参考文献

致谢

作者硕士期间研究成果