三电平有源电力滤波器数字电流环控制算法研究

摘要

随着各类非线性负载的广泛使用，其造成的电网污染方面的问题亟需解决。三相四线制二极管钳位型三电平有源电力滤波器（APF：Active power filter），由于其针对谐波、无功、不平衡等问题有较好的改善效果，现已成为解决电能质量问题的理想方案之一。本文以三相四线制二极管钳位型三电平有源电力滤波器为研究对象，主要研究其电流环数字控制技术，完成以下工作：
　　首先，介绍了三相四线制二极管钳位型三电平有源电力滤波器的工作原理，分别在单电感拓扑、带谐振支路LCL拓扑下建立了APF电流环连续域的数学模型。针对数字化过程对连续域被控对象模型的影响进行了分析，得出数字化过程给被控对象引入较大相角滞后的结论。
　　其次，介绍了无差拍控制相关的基本原理，实现了一种基于重复预测的APF电流环无差拍控制算法。又针对该无差拍控制算法在实际滞后一拍系统中控制效果不佳的问题，用一种基于重复预测和状态观测的无差拍控制算法较好地解决了上述问题。仿真结果表明新的无差拍控制算法在实际滞后一拍系统中仍能保持较好的控制效果。
　　然后，介绍了谐振控制相关的基本原理，并设计了应用于APF电流环的谐振控制器。又针对传统谐振控制在电网频率发生大范围波动时，谐振控制效果急剧下降的问题，提出一种新的电网频率宽范围自适应的谐振控制算法，仿真结果表明新的谐振控制算法在电网频率波动较大时依旧能保证较好的谐振控制效果。
　　最后，介绍了重复控制相关的基本原理，并设计了应用于APF电流环的重复控制器。又针对传统重复控制在电网频率发生大范围波动时，重复控制效果急剧下降的问题，提出一种新的电网频率宽范围自适应的重复控制算法，仿真结果表明新的重复控制算法在电网频率波动较大时依旧能保证较好的重复控制效果。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2 APF电流环控制算法的国内外研究现状

1.3本文的主要内容

第二章 三电平有源电力滤波器电流环的数学模型

2.1三相四线制三电平并联型APF工作原理

2.2基于单电感L的三电平APF电流环连续域模型

2.3基于有谐振支路LCL的三电平APF电流环连续域模型

2.4数字化过程对电流环连续域模型的影响

2.4 本章小结

第三章 APF电流环的无差拍控制算法研究

3.1无差拍控制原理

3.2基于重复预测的无差拍控制系统

3.3基于重复预测和状态观测的无差拍控制系统

3.4本章小结

第四章 APF电流环的谐振控制和重复控制研究

4.1基于内模原理的谐振控制和重复控制原理

4.2基于谐振控制器电流环控制方法

4.3基于重复控制器电流环控制方法

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文工作总结

5.2未来工作展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的主要研究成果