【摘要】：隨著電能需求不斷增加,越來越多的非線性負荷接入電力系統(tǒng),導致電網(wǎng)諧波污染日趨嚴重。四橋臂有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)是解決低壓供電系統(tǒng)諧波和不平衡問題的有效手段,已得到廣泛關注。APF系統(tǒng)中功率器件的開通和關斷會產(chǎn)生大量與開關頻率相關的高頻諧波,需加裝輸出濾波器以濾除這部分高頻諧波,與L型濾波器相比,LCL濾波器所需電感量小、高頻衰減能力強,能提供更好的濾波效果。因此,本文以LCL型四橋臂APF為研究對象,對LCL濾波器進行參數(shù)設計,研究其有源阻尼方法和重復控制策略。LCL型四橋臂APF在三相靜止坐標系下的數(shù)學模型存在由未知量引起的耦合關系,本文采用零序分量和非零序分量分離的方法消除共同未知量,建立αβγ坐標系下的無耦合數(shù)學模型。針對四橋臂變流器,在αβγ坐標系下分析四支路LCL濾波器參數(shù)選取的約束條件,采用圖解法進行參數(shù)設計,并通過仿真驗證四支路LCL濾波器的濾波效果。LCL濾波器的固有諧振特性易導致系統(tǒng)不穩(wěn)定,本文在不增加額外采樣及反饋通路的前提下,研究前向通道串聯(lián)陷波器的有源阻尼方法。通過控制框圖推演,分析LCL濾波器的諧振抑制機理,討論陷波器與無源阻尼、虛擬電阻等阻尼方法的內(nèi)在聯(lián)系。針對陷波器魯棒性差的缺陷,采用實時性好的Goertzel算法檢測系統(tǒng)實際諧振頻率,在線調(diào)整陷波器參數(shù),提高陷波器的自適應能力。采用離散域極點配置的參數(shù)整定方案,解決離散化過程的頻率偏移問題,同時減少在線調(diào)整參數(shù)的個數(shù),簡化參數(shù)整定過程。仿真結果表明,基于陷波器的自適應有源阻尼可以有效抑制諧振,且電網(wǎng)阻抗變化時仍能維持系統(tǒng)穩(wěn)定。重復控制可以無差跟蹤諧波信號,但是單獨作用時動態(tài)響應較慢。為改善重復控制動態(tài)性能,本文研究比例控制與重復控制復合的控制策略。詳細分析復合控制的結構、跟蹤特性,以及重復控制器和比例控制器間的耦合作用。對重復控制器進行參數(shù)設計:根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度的要求,確定內(nèi)模濾波器Q(z)的具體形式;根據(jù)等效被控對象頻率特性設計補償器S(z),采用幅值和相位單獨補償?shù)姆桨?幅值補償時使用改進型零相移陷波器消除幅值尖峰,解決傳統(tǒng)零相移陷波器中心頻率固定導致幅值補償不到位的問題,相位補償時結合控制器穩(wěn)定條件的幾何特性確定超前環(huán)節(jié)z~k。仿真結果表明,本文設計的復合控制器穩(wěn)態(tài)跟蹤精度高、動態(tài)響應快,滿足APF的控制需求。基于LCL型四橋臂APF實驗平臺,對本文研究內(nèi)容進行了實驗驗證,結果表明本文設計的四支路LCL濾波器可以顯著降低入網(wǎng)電流高頻成分,陷波器可以達到與無源阻尼相近的諧振抑制效果,比例重復復合控制器具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM761

【參考文獻】

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本文編號：2683813