本文選題：諧波抑制技術(shù)　切入點(diǎn)：四臂式有源電力濾波器　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：近年來,諧波治理作為電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的一部分,已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。并聯(lián)型有源電力濾波器(Active Power Filter)作為有效抑制諧波的先進(jìn)電力電子設(shè)備,是解決這些問題的有效措施之一。雖然這幾年APF已經(jīng)成為了一個熱點(diǎn)研究課題,APF的補(bǔ)償性能也在不斷提升,然而,并聯(lián)型APF在一些復(fù)雜環(huán)境的補(bǔ)償效果依然還存在不足,同時也需要對這些具體問題進(jìn)行分析和研究,如：如何在畸變電壓較大的環(huán)境中進(jìn)行有效諧波檢測；如何實(shí)現(xiàn)更好的動態(tài)響應(yīng)特性,從而得到較好的諧波跟蹤效果；如何實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)等。因此,本文根據(jù)以上的分析進(jìn)行了展開,對諧波抑制的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行分析和研究。 如何快速而精確的檢測諧波電流是APF實(shí)現(xiàn)良好補(bǔ)償效果的基礎(chǔ)。通過多種諧波電流檢測算法進(jìn)行研究后,發(fā)現(xiàn)較多算法在電網(wǎng)電壓發(fā)生較大畸變或電壓頻率發(fā)生偏差時,均難以進(jìn)行有效和準(zhǔn)確的諧波跟蹤和檢測。由此,根據(jù)補(bǔ)償系統(tǒng)最小功率消耗原則,對瞬時電壓在賦范空間的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析,提出了在函數(shù)賦范空間應(yīng)用變分法得到標(biāo)準(zhǔn)電壓波形的策略,由此衍生得到標(biāo)準(zhǔn)正序電壓信號和畸變電流分量。同樣基于賦范空間的標(biāo)準(zhǔn)正序電壓的提取方法也能結(jié)合多種電流檢測策略,從而滿足更多的檢測需求和跟蹤要求,最后與傳統(tǒng)諧波電流檢測策略進(jìn)行了對比仿真與對比實(shí)驗(yàn),結(jié)果驗(yàn)證了該策略的有效性和可行性。 為實(shí)現(xiàn)更好的動態(tài)響應(yīng)特性和更佳的整體補(bǔ)償效果,本文提出了一種新型的補(bǔ)償電流復(fù)合控制策略,將PI控制與改進(jìn)的雙重復(fù)控制進(jìn)行有效結(jié)合。首先在傳統(tǒng)重復(fù)控制結(jié)構(gòu)加入前置調(diào)節(jié)參數(shù)和PI控制,通過具體數(shù)學(xué)模型的分析、前置參數(shù)的調(diào)節(jié)以及參數(shù)范圍限定,來提升動態(tài)效果和實(shí)現(xiàn)無靜差控制。在此基礎(chǔ)上,將改進(jìn)的重復(fù)控制結(jié)構(gòu)并聯(lián)插入反饋控制中來構(gòu)成雙重復(fù)控制器,給出了詳細(xì)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算過程。本文最后通過搭建負(fù)載突變仿真、動態(tài)特性對比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)該復(fù)合控制算法的有效性和可行性,仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)波形表明該復(fù)合控制算法具有非常好的動態(tài)響應(yīng)特性和較好的整體補(bǔ)償效果。 三相四線制APF系統(tǒng)中由于開關(guān)狀態(tài)較多導(dǎo)致電壓調(diào)制較為復(fù)雜,傳統(tǒng)的二維調(diào)制策略難以滿足其需求,尤其針對三相四線制系統(tǒng)則更顯不足。采用空間矢量調(diào)制策略與常規(guī)控制方式相結(jié)合具有良好的補(bǔ)償效果。由此,本文提出了基于自然坐標(biāo)系的三維空間矢量調(diào)制策略(Three-dimensional space vector modulation,3D-SVM),詳細(xì)分析和研究了四面體的判定過程,通過分類法結(jié)合指針計(jì)算使參考矢量合成清晰和直觀,還探討了參考矢量作用時間的計(jì)算以及時間順序的有效排列方式。為避免同一橋臂的上下開關(guān)管的直通導(dǎo)致系統(tǒng)故障,需要添加死區(qū)時間。本文由此研究了死區(qū)效應(yīng)對整體補(bǔ)償效果的影響,研究了一種基于預(yù)測補(bǔ)償?shù)乃绤^(qū)時間設(shè)定策略,能夠有效減少死區(qū)效應(yīng)帶來的控制誤差,提升總體補(bǔ)償效果。 本文對基本模糊控制理論進(jìn)行研究后,將該理論應(yīng)用到APF的直流側(cè)電壓控制中,采用自調(diào)整因子模糊PI控制器進(jìn)行設(shè)計(jì),利用模糊邏輯推論設(shè)計(jì)PI參數(shù)ΔK,、△Ki同偏差絕對值e和偏差變化率ec之間的二元函數(shù),通過e和ec的在線調(diào)節(jié)來設(shè)計(jì)在線調(diào)節(jié)參數(shù)Kp、Ki。仿真結(jié)果表明該電壓控制策略能實(shí)現(xiàn)對PI參數(shù)的自整定,能提高系統(tǒng)的動態(tài)特性和魯棒性,并能減小超調(diào)量,同時也具有良好的穩(wěn)態(tài)性能。 本文提出了一種應(yīng)用在并聯(lián)型APF的實(shí)用型LCL濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)方法,首先建立LCL濾波器在并聯(lián)型APF中的等效數(shù)學(xué)模型,其次研究濾波器各參數(shù)變化與諧波頻率之間的變化關(guān)系,根據(jù)LCL諧振頻率的限定范圍、電容支路阻抗參數(shù)的比值,并結(jié)合電感參數(shù)比值和諧振頻率之間的三維關(guān)系曲線,兼顧LCL分別對低頻段和高頻段的衰減性能要求,確定合適的參數(shù)范圍進(jìn)行取值。最后通過仿真及樣機(jī)測試驗(yàn)證了該參數(shù)設(shè)計(jì)方法的有效性和可行性。 為實(shí)現(xiàn)更快的動態(tài)響應(yīng)速度和更好的整體補(bǔ)償效果,本文給出了詳細(xì)的樣機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)的分析過程,包括：主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析、主電路功率器件分析、直流側(cè)電壓及直流側(cè)電容分析等,并在此基礎(chǔ)上,對控制系統(tǒng)中的主控芯片設(shè)計(jì)和各模塊電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。最后,通過實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)對以上提及的控制算法進(jìn)行了驗(yàn)證分析。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM711

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本文編號：1706686