【摘要】：最近幾年,電力電子技術(shù)蓬勃發(fā)展,電力電子裝置得到廣泛應用,然而在應用過程中產(chǎn)生的諧波與無功對電網(wǎng)造成的諸多危害日漸增大。SAPF(Shunt Active Power Filter,并聯(lián)有源電力濾波器)為一種主流裝置,主要實現(xiàn)諧波抑制和無功補償功能,在電能質(zhì)量領(lǐng)域占據(jù)重要地位。如今在國內(nèi),SAPF產(chǎn)品還未大規(guī)模推向市場,其補償性能有待提高,因此對影響其補償性能的關(guān)鍵技術(shù)的研究已成為研究的最前沿的課題之一。對補償電流進行檢測是在研發(fā)SAPF過程中采用的一項重要技術(shù)手段。檢測的快速性和精準性,對SAPF的補償性能起到重要的影響。本文分析了傳統(tǒng)FBD(F.Buchholze M.Dpendbrock,巴布迪)諧波檢測法,然后在此基礎上提出改進型的FBD法,此種方法首先是通過基波正序電壓正余弦信號取代PLL(Phase Locked Loop,鎖相環(huán))模塊,并且用基波正序電壓代替電源電壓參與等效電導的計算來減少檢測誤差,然后用均值濾波器取代LPF(Low Pass Filter,低通濾波器)來減小延時。仿真結(jié)果表明此方法可以實時和精確地對系統(tǒng)中各種電流分量進行檢測。SAPF主電路參數(shù)是影響補償性能的決定性因素之一,研究了三個重要參數(shù)(直流側(cè)電壓、交流側(cè)電感和直流側(cè)電容容量)的計算公式。首先分析了換相過程對三相橋式整流器帶阻感性負載的交流側(cè)諧波電流的影響,推導出考慮換相重疊角的負載電流的表達式;其次在此基礎上推導了直流側(cè)電壓設定值的計算公式;然后由在參考電流變化劇烈時和緩慢時,分別應該滿足補償電流的變化速率要不小于參考電流變化速率和補償電流在一個開關(guān)周期內(nèi)的波動要小于工程上的最大允許值,從而推導出電感的計算公式;最后利用負載瞬時有功功率的交流分量是負載與SAPF之間交換的緩沖功率,推導出直流側(cè)電容容量的計算公式。仿真結(jié)果證明了理論推導的正確性和合理性。為了提高SAPF的控制性能,本文研究了兩大類控制方法:電流控制和直接功率控制。首先通過基于不定頻滯環(huán)的SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation,電壓空間矢量脈寬調(diào)制)與傳統(tǒng)滯環(huán)控制比較,得出前者在補償效果、開關(guān)頻率和直流電壓利用率方面具有一定優(yōu)勢。然后提出了基于pq理論的DPC(Direct Power Control,直接功率控制)策略,首先把檢測出的諧波和無功功率作為參考功率信號,再將其檢測值與濾波器輸出的諧波和無功功率的偏差送入兩個相應的滯環(huán)比較器中,根據(jù)滯環(huán)比較器的輸出以及電源電壓矢量位置角,通過查開關(guān)表得到所需的橋臂輸出電壓矢量對應的開關(guān)狀態(tài)。仿真結(jié)果表明了采用這種控制策略設計出的SAPF具有良好的諧波補償效果。最后提出了基于電源功率和虛擬磁鏈的DPC方法,該算法直接采用電源功率對SAPF進行控制,從而省略了負載諧波和無功的檢測及計算環(huán)節(jié),又由于通過估計虛擬磁鏈來計算有功與無功功率,因此可省略電源側(cè)電壓傳感器。仿真結(jié)果表明了與傳統(tǒng)的DPC方法相比較,該方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,能有效減少傳感器的數(shù)量,電源電流的畸變較小和具有更好的瞬時功率控制特性。最后,對軟件系統(tǒng)設計進行了研究,在前期工作的基礎上改進了硬件平臺,并且在該實驗系統(tǒng)上對本文研究的關(guān)鍵技術(shù)進行了綜合實驗。通過兩組對比實驗,對實驗結(jié)果進行了分析,表明了本文研究工作的正確性和可行性。
[Abstract]:In recent years, power electronics technology has been booming and power electronics devices have been widely used. However, the harmonics and reactive power generated in the application process have caused increasing harm to the power grid. Nowadays, SAPF products have not been put into the market on a large scale in China, and its compensation performance needs to be improved. Therefore, the research on the key technologies affecting its compensation performance has become one of the most advanced topics. The detection of compensation current is an important technology used in the development of SAPF. This paper analyzes the traditional FBD (F. Buchholze M. Dpendbrock) harmonic detection method, and then proposes an improved FBD method based on it. This method first replaces PLL (Phase Locked Loop) by fundamental sinusoidal voltage cosine signal. In order to reduce the detection error, the fundamental positive sequence voltage is used instead of the source voltage to participate in the calculation of the equivalent conductance, and then the mean filter is used to replace the LPF (Low Pass Filter) to reduce the delay. Number is one of the decisive factors affecting the compensation performance. The calculation formulas of three important parameters (DC voltage, AC inductance and DC capacitance) are studied. Secondly, the formulas for calculating the DC voltage setting value are deduced. Then, when the reference current changes sharply and slowly, the variation rate of compensation current should be satisfied, whether it is less than the reference current variation rate or the compensation current fluctuation in a switching period should be less than the maximum allowable in engineering. Finally, by using the AC component of the instantaneous active power of the load as the buffer power exchanged between the load and SAPF, the calculation formula of the capacitance of the DC side is deduced. Firstly, by comparing SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) based on indefinite frequency hysteresis with traditional hysteresis control, it is concluded that the former has certain advantages in compensation effect, switching frequency and utilization ratio of DC voltage. The DCP (Direct Power Control) strategy first takes the detected harmonic and reactive power as the reference power signal, and then feeds the deviation between the detected value and the output harmonic and reactive power of the filter into two corresponding hysteresis comparators. The simulation results show that the SAPF designed by this control strategy has good harmonic compensation effect. Finally, a DSP method based on power supply and virtual flux is proposed, which directly uses power supply to control the SAPF and thus omits. The detection and calculation of load harmonics and reactive power are realized, and the active and reactive power can be calculated by estimating the virtual flux, so the voltage sensor on the power side can be omitted. The simulation results show that the proposed method is simple in structure and can effectively reduce the number of sensors, the distortion of power current is small and the power supply voltage sensor can be omitted. Finally, the software system design is studied, and the hardware platform is improved on the basis of the previous work, and the key technologies studied in this paper are comprehensively experimented on the experimental system. The experimental results are analyzed by two groups of comparative experiments, which show the research work in this paper. Correctness and feasibility.
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM761;TN713.8

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本文編號：2229402