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大功率电网谐波有源治理的控制策略和工程应用研究

作　者: 付青
导　师: 罗安
学　校: 中南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 并联混合有源电力滤波器数字低通滤波器工作特性模糊专家多控制律决策神经元自适应PID 自适应神经网络多目标模糊优化
分类号: TM711
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本课题以某变电站的谐波检测、治理以及无功功率补偿为研究对象,系统的研究大容量并联混合型有源电力滤波器的谐波检测方法、工作特性、最优控制策略以及工程应用技术。首先,本文在传统的i_p-i_q检测各次谐波和无功电流的基础上提出了一种改进的i_p-i_q谐波和无功电流检测新方法,省去了传统i_p-i_q法中的坐标变换,降低了计算量,并且能直接应用于单相系统、三相三线制或者是三相四线制系统。在基于瞬时无功功率理论的谐波和基波无功检测方法中,低通滤波器的设计起到关键的作用。在数字低通滤波器的设计中,本文提出了参考数字低通滤波器输出信号中的纹波以及瞬时振荡的思想,首次分析了基波电流往往远大于各次谐波电流、基波突变以及各次谐波突变等各种电网特定情况对检测结果和低通滤波器输出波形的影响,指出了仅仅采用传统的ButterWorth低通滤波器难以同时满足检测精度和动态响应速度之间的矛盾,在此基础上提出了一种综合采用Buttworth低通滤波器和均值滤波器的低通滤波器设计新方法,采用这种低通滤波器既大大降低了检测误差,又有效抑制了由于基波电流变动引起的谐波电流检测结果产生的波动,使得瞬时谐波和无功电流检测既具有较好的检测精度,又具有令人满意的动态响应性能。在混合电力滤波器的工作特性方面,本文创新性地将混合有源电力滤波器基本控制策略中的比例系数扩展为两维向量的形式,提出了一种新的混合有源电力滤波器工作特性评价方案,在这种评价方案中综合考虑了多个电网参数波动的影响,同时参考了混合有源电力滤波器的工作点变化趋势,并找出了在各种基本控制策略下电网参数波动对混合有源电力滤波器工作特性的影响规律。主要考虑的影响混合有源电力滤波器性能的因素包括:负载谐波电流波动的影响、电源谐波电压波动的影响、电网电抗波动的影响以及电网频率波动的影响,通过分析后发现对各种影响因素对工作性能的影响,混合有源电力滤波器在采用不同的控制策略时具有不同的抑制能力。然后,本文提出了一种基于模糊专家控制的多控制律决策的方法来选择最优控制策略,它根据电网参数的变化情况,自动识别电网的主要参数,并选择最为合适的基本控制策略或者它们之间的组合方

全文目录

第一章绪论  10-27
  1.1 电力系统谐波  10-13
    1.1.1 电力系统谐波产生的原因  10-11
    1.1.2 电力系统谐波的危害  11-12
    1.1.3 电力系统谐波标准  12-13
  1.2 谐波治理的方法  13-14
  1.3 有源电力滤波器的发展现状  14-23
    1.3.1 有源电力滤波器的应用范围  15-16
    1.3.2 有源滤波器的主电路形式  16-17
    1.3.3 有源滤波器的拓扑结构  17-23
  1.4 课题研究难点及存在的主要问题  23-24
  1.5 课题研究背景、主要内容及章节安排  24-27
第二章谐波和基波无功的实时检测  27-51
  2.1 概述  27-29
  2.2 基于瞬时无功功率的谐波和基波无功检测  29-33
    2.2.1 i_p-i_q法检测谐波和基波无功  29-31
    2.2.2 i_p-i_q法的扩充应用  31-33
  2.3 i_p-i_q谐波和基波无功检测方法的改进  33-37
    2.3.1 改进的i-p-i_q检测方法  33-35
    2.3.2 改进的i_p-i_q方法检测任一次谐波  35-37
  2.4 数字低通滤波器的设计与实现  37-50
    2.4.1 数字低通滤波器的设计原则  37-38
    2.4.2 ButterWorth低通滤波器  38-44
    2.4.3 均值低通滤波器  44-47
    2.4.4 优化的数字低通滤波器  47-50
  2.5 本章小结  50-51
第三章混合有源电力滤波器的工作特性  51-91
  3.1 SHAPF的结构及其电气模型  51-53
    3.1.1 SHAPF的结构及特点  51-52
    3.1.2 SHAPF的电气模型  52-53
  3.2 不同控制策略下混合有源电力滤波器的工作特性  53-89
    3.2.1 根据滤波器支路谐波电流进行控制  55-66
    3.2.2 根据电源谐波电流进行控制  66-73
    3.2.3 根据负载谐波电流进行控制  73-80
    3.2.4 根据负载谐波电压进行控制  80-89
  3.3 结论  89-91
第四章基于模糊专家控制的多控制律优化控制策略  91-117
  4.1 常用的有源电力滤波器控制策略  91-92
  4.2 多控制律优化控制策略的总体思想  92
  4.3 基于模糊专家控制的多控制律决策  92-102
    4.3.1 多控制律决策的基本原理  93-94
    4.3.2 准工作点搜索范围的模糊专家控制  94-97
    4.3.3 工作性能评价的模糊专家决策  97-102
  4.4 多控制律的优化控制  102-111
    4.4.1 谐波电流比例系数的控制  102-108
    4.4.2 电压比例系数的自适应神经网络解耦控制  108-111
  4.5 计算机仿真结果  111-115
  4.6 本章小结  115-117
第五章混合有源滤波器的工程应用  117-158
  5.1 无源滤波器和输出滤波器的优化设计  117-127
    5.1.1 固定基波无功补偿原则  117-120
    5.1.2 基波无功动态补偿原则  120-121
    5.1.3 有源滤波器的谐波容量最小原则  121-123
    5.1.4 总体成本最小原则  123-125
    5.1.5 无源滤波器和输出滤波器的多目标模糊优化  125-127
  5.2 三相互感对单调谐滤波器的影响分析  127-139
    5.2.1 三相电抗器的互感作用机理  127-129
    5.2.2 三相叠放下的三相电抗器互感分析  129-134
    5.2.3 水平直线排列下的三相电抗器互感分析  134-135
    5.2.4 梯形排列下的三相电抗器互感分析  135-137
    5.2.5 水平三角排列下的三相电抗器互感分析  137-138
    5.2.6 其他排列方式下的三相电抗器互感分析  138-139
  5.3 有源滤波器的优化设计  139-152
    5.3.1 三相逆变桥主电路设计  139-140
    5.3.2 缓冲电路设计  140-146
    5.3.3 近似无死区的SVPWM调制  146-151
    5.3.4 直流侧电容的设计  151-152
  5.4 SHAPF工程应用实例  152-157
    5.4.1 无源滤波器部分  152-153
    5.4.2 有源滤波器部分  153-155
    5.4.3 控制回路部分  155
    5.4.4 系统投运效果  155-157
  5.5 本章小结  157-158
第六章总结与展望  158-161
  6.1 主要研究成果及创新点  158-160
  6.2 进一步的研究方向  160-161
参考文献  161-177
攻读学位期间的主要研究成果  177-179
致谢  179

大功率电网谐波有源治理的控制策略和工程应用研究

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