三相四线制三电平三桥臂APF控制策略研究

摘要

当今社会的发展离不开电能。随着近代社会突飞猛进的发展，大量的电力电子产品被人们使用。这给人们带来了便利，同时也给电力系统注入了大量的谐波、无功及零序电流。这些谐波、无功及零序电流不仅影响输电线路的使用寿命，同时影响周围用电设备的使用寿命，造成不必要的损失。因此，提高电能质量具有十分重要的意义。传统的无源滤波器只能对某些特定次谐波进行补偿，并不能满足需求，而有源电力滤波器(APF)具有良好的动态跟踪补偿性能,能够治理负载电流畸变，补偿基波正序无功分量以及补偿基波负序零序分量。
　　本文主要研究对象为三相四线制三电平三桥臂APF，简单介绍了无功功率理论及谐波电流的几种检测方法。选用二极管钳位型三电平APF拓扑结构，介绍了APF的工作原理，对二极管钳位型三电平APF逆变电路几种工作状态进行分析并建立对应abc三相坐标系下时域模型;为了便于控制器的设计进行d-q旋转坐标变换并采用前馈解耦控制，通过内环电流控制及外环电压控制实现对APF控制系统的设计，并对电流控制系统及电压控制系统PI调节器参数进行优化。单独分析了直流侧中性点电压不平衡原因，给出了完整的系统控制框图，为了抑制中性点电压偏移，采用SVPWM算法控制。分析了系统在含有零序电流及不含有零序电流两种情况下27个空间矢量对中性点电压的影响以及采取的相应控制措施，并对SVPWM算法进行简化处理。
　　最后，对APF直流侧电容及交流侧LCL滤波器参数进行优化设计，并通过MATLAB搭建仿真模型，通过仿真波形的准确结果验证设计电路的可行性;搭建实验平台，测量相关参数及波形，验证文中给出的相关控制策略的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 谐波的产生与危害

1．1．1 谐波的产生

1．1．2 谐波的危害

1．2 APF的发展趋势与应用前景

1．3 APF的研吭现状

1．4 课题研究的意义与创新性

1．5 本文的主要研究内容

第二章 谐波电流的检测方法分析

2．1 瞬时无功功率理论

2．2 谐波电流的实时检测

2．3 含零序电流时谐波的实时检测

2．3．1 改进的指令电流运算

2．3．2 dq0运算方式

2．4 本章小结

第三章 三相四线制APF的主电路拓扑与控制策略研究

3．1 APF的基本思想

3．2 三相四线制APF的系统结构

3．3 三相四线制并联型APF的拓扑及数学模型

3．3．1 中点钳位型三电平APF逆变电路分析

3．3．2 中点钳位型三电平三桥臂APF拓扑及数学模型

3．4 线性化解耦控制

3．5 内环电流PI调节

3．6 本章小结

第四章 直流侧电压平衡的控制策略研究

4．1 直流侧稳压控制

4．2 直流侧均压控制

4．2．1 中性点电压不平衡原因

4．2．2 中性点电压平衡控制

4．3 SVPWM调制算法

4．3．1 基本向量的分类与对中性点电压的影响

4．3．2 参考电压矢量的合成

4．3．3 SVPWM简化算法

4．4 本章小结

第五章 APF主电路参数设计及仿真实验分析

5．1 APF系统参数设计

5．1．1 直流母线电容设计

5．1．2 LCL滤波器设计

5．2 仿真

5．3 实验

5．3．1 控制流程与实验平台

5．3．2 实验结果与分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢