本文關(guān)鍵詞： 有源電力濾波器 SVPWM調(diào)制策略 NPC三電平 電流跟蹤技術(shù) 諧波　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高,人們對(duì)于電能質(zhì)量的要求越來越高,低壓配電網(wǎng)的諧波污染問題也日益受到關(guān)注。有源電力濾波器(Active Power Filter,APF)作為一種高性能的諧波治理裝置,能夠快速、有效地抑制諧波和凈化電網(wǎng),為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和居民用電質(zhì)量的提高提供了強(qiáng)有力的保障。中點(diǎn)箝位型(Neutral-Point Clamped,NPC)三電平APF因?yàn)槠漭敵鲭娏骷y波小、直流母線電壓利用率高、等效開關(guān)頻率高等特點(diǎn)日益受到關(guān)注。本文以并聯(lián)型NPC三電平APF為研究對(duì)象,針對(duì)三相三線制和三相四線制有源電力濾波器的調(diào)制策略、中點(diǎn)電位平衡算法、電流跟蹤技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)展開了深入研究,取得了一定的研究成果。針對(duì)NPC三電平APF提出了一種簡化的SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)調(diào)制算法。與傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制算法相比,該簡化算法無需進(jìn)行復(fù)雜的扇區(qū)判斷或者坐標(biāo)平移,僅利用相參考電壓瞬時(shí)值,通過端口電壓伏秒平衡快速求取三相開關(guān)作用時(shí)間通解,進(jìn)而獲得PWM脈沖。為了達(dá)成線性調(diào)制下的調(diào)制度擴(kuò)展、窄脈沖消除等目標(biāo),直接在通解的基礎(chǔ)上求取特解,以滿足不同的控制目標(biāo)需求。該算法在擁有和傳統(tǒng)SVPWM算法相同的直流母線電壓利用率的同時(shí),計(jì)算量大幅下降。針對(duì)三相三線制APF的中點(diǎn)電位不平衡問題,本文通過分析流過直流側(cè)中點(diǎn)的電流與三相輸出電流、上下母線電壓偏差和三相作用時(shí)間的關(guān)系,提出了一種新穎的中點(diǎn)電位控制策略。該策略不用考慮正、反小矢量的選擇問題,直接通過修正三相作用時(shí)間即可有效地抑制中點(diǎn)電位的偏移。而對(duì)于三相四線制APF,由于中線的存在,其中點(diǎn)電位偏移的機(jī)理與三相三線制APF存在較大差異。本文通過對(duì)中點(diǎn)電位偏移與各相電流大小、方向以及各器件開關(guān)狀態(tài)關(guān)系的分析,引入了中點(diǎn)平衡因子的概念。通過分析三相開關(guān)狀態(tài)P、O和N對(duì)于中點(diǎn)電位的影響,提出了一種新穎的中點(diǎn)電位控制方法。該方法結(jié)合中點(diǎn)平衡因子,將O狀態(tài)作用時(shí)間拆分成P和N狀態(tài),增強(qiáng)了中點(diǎn)電位控制能力,從而實(shí)現(xiàn)了抑制中點(diǎn)電位偏移的目的。電流控制技術(shù)是APF的關(guān)鍵技術(shù)之一,決定了APF的補(bǔ)償能力和補(bǔ)償精度。本文在分析了多種電流控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了一種新穎的電流控制技術(shù)。該技術(shù)引入有限控制集模型預(yù)測控制(Finite-Control-Set Model Predictive Control,FCS-MPC)策略中提出的價(jià)值函數(shù)(Cost Function)的思想,并與簡化SVPWM調(diào)制算法相結(jié)合,通過優(yōu)化價(jià)值函數(shù)從而實(shí)現(xiàn)快速、精確地跟蹤諧波參考電流的控制目標(biāo)。為了驗(yàn)證所提出的調(diào)制策略和控制方法,本文設(shè)計(jì)了一套APF實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用NPC三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主控部分采用DSP+FPGA架構(gòu)。最后,針對(duì)不同的諧波負(fù)載進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文所提出的調(diào)制算法和控制方法的正確性和有效性。
[Abstract]:With the rapid development of our economy and the improvement of living standards, people for higher power quality requirements more and harmonic pollution problems of low-voltage distribution network is also increasingly concerned. Active power filter (Active Power, Filter, APF) as a kind of harmonic control device, high performance can quickly and effectively suppress harmonic and clean power, provides a strong guarantee for the safe operation of power system and residents electricity quality. Neutral point clamped (Neutral-Point Clamped, NPC) APF three level because the output current ripple DC voltage utilization rate is high, the characteristics of higher equivalent switching frequency is getting more and more attention. Based on parallel NPC three level APF as the research object, aiming at the modulation strategy of three-phase three wire and three-phase four wire active power filter, neutral point potential balancing algorithm, the key technology of current tracking technology Carried out in-depth study, some achievements have been obtained. According to the three level NPC APF proposed a simplified SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) modulation algorithm. Compared with the traditional SVPWM algorithm, the simplified algorithm requires no complicated sector judgment or coordinate translation, only by using the phase reference voltage instantaneous value, fast calculate the three-phase switching time solution through the port voltage second balance, so as to obtain a PWM pulse. In order to achieve linear modulation modulation, narrow pulse elimination, seeking solutions in directly based on general solutions, in order to meet the needs of different control objectives. At the same time the algorithm with the DC bus voltage and the traditional SVPWM algorithm has the same utilization rate, calculate the volume dropped significantly. The midpoint potential of three-phase three wire APF imbalance, through the analysis of current and three-phase DC side through the midpoint of the On the relationship between output current and bus voltage deviation and phase time, proposes a novel neutral point potential control strategy. This strategy is not considered, choice of anti phaselet, offset directly and effectively inhibit the midpoint by modifying the three-phase action time can be. But for the three-phase four wire APF, because the center line of the existence, the mechanism of point potential shift and three-phase three wire APF, there is a big difference. Based on the midpoint potential offset and the phase current size, the direction of the relationship and the analysis of state switching, introduces the concept of midpoint balance factor. Through the analysis of three-phase switching state of P, O and N for the point effect the potential of a novel neutral point potential control method. Combined with the method of neutral point balance factor, the O time split into P and N, enhanced the neutral point potential control ability, so as to realize the The inhibition of the deviation of neutral point voltage. The current control technology is one of the key technologies of APF, determine the compensation ability of the APF and compensation accuracy. Based on the analysis of the various current control technology, this paper presents a novel current control technology. The technology introduction of the finite control set of model predictive control (Finite-Control-Set Model Predictive Control FCS-MPC), the value function strategy proposed (Cost Function) theory, and combined with the simplified SVPWM modulation algorithm, by optimizing the value function so as to realize the rapid and accurate track control target harmonic reference current modulation strategy and control. In order to validate the proposed method, this paper designed a APF experiment platform. The experiment platform adopts NPC three level topology, the main control part adopts DSP+FPGA architecture. Finally, according to the different harmonic load experiments are conducted. The experimental The results show the correctness and effectiveness of the modulation and control methods proposed in this paper.

【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM761

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