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三相并联型有源电力滤波器的研究

作　者: 张佳
导　师: 席自强
学　校: 湖北工业大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 并联型有源电力滤波器 i_p-i_q检测法滞环比较控制法模糊PI调节 MATLAB仿真
分类号: TN713.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

现代电力系统中，由于电力电子设备的应用越来越广泛及各种非线性、冲击性、波动性负载的大量增加，使电力系统所遭受的谐波污染日趋严重。有源电力滤波器（APF：Active Power Filter）被公认为是治理电网谐波及无功污染、改善电能质量最有效的手段，目前已成为电力电子技术应用中一个比较新的研究热点。本文首先对电力系统中谐波的基本概念、产生、危害、标准等问题进行介绍；对谐波抑制的两种常用手段无源滤波技术、有源电力滤波技术进行分析比较，可看出有源电力滤波技术在滤波效果、动态响应、可操作性等方面均优于无源滤波技术；对有源电力滤波器的研究现状及发展趋势进行简要的介绍。其次本文介绍了APF几种分类方法，并对串联型APF的原理、并联型APF的原理进行分析，并结合本课题研制一台10kVA的APF，选择采用三相并联型APF的方案。对三相并联型APF器进行建模分析，详细介绍了APF的三个关键技术。针对本课题，在谐波电流检测方面采用基于瞬时无功功率理论的i p iq检测法；在补偿电流控制方面采用滞环比较控制法；在直流侧电压控制方面上设计一种基于传统PI调节法的模糊PI调节法。再次根据10kVA的三相并联有源电力滤波器的性能指标对样机进行设计，对主电路部分硬件电路设计，包括变流器部分的设计、直流侧部分的设计、输入输出部分的设计；对控制及检测部分的设计，包括控制芯片及模数转化器的设计、显示部分设计、同步信号及锁相倍频信号发生部分的设计、电压电流检测部分的设计；对直流侧电压模糊PI控制设计。在设计中详细地给出了各个部分电路、相关的参数、控制设计流程等。最后本文利用仿真软件MATLAB对10kVA并联型有源电力滤波器进行建模，对所选择的谐波电流检测方法、补偿电流控制方法进行验证，从补偿后的效果来看，可验证所选方法是正确的；对直流侧电压的模糊PI调节法进行仿真，仿真结果证明在采用模糊PI调节法情况下的直流侧电压超调量较小、响应较快，特别是在负载突变情况时能满足直流侧电压控制要求，其效果明显优于传统PI调节方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章引言  10-19
  1.1 电力系统的谐波问题  10-16
    1.1.1 谐波的基本概念  10-12
    1.1.2 谐波的产生  12
    1.1.3 谐波的危害  12-13
    1.1.4 谐波的标准  13-15
    1.1.5 谐波的抑制  15-16
  1.2 有源电力滤波器的研究现状与发展趋势  16-17
    1.2.1 有源电力滤波器的研究现状  16-17
    1.2.2 有源电力滤波器的发展趋势  17
  1.3 本文的主要工作  17-19
第2章有源电力滤波器的概述  19-26
  2.1 有源电力滤波器的分类  19-22
    2.1.1 按接入电网的方式  19-20
    2.1.2 按被补偿系统的类型  20-21
    2.1.3 按直流侧储能的形式  21-22
  2.2 有源电力滤波器的原理  22-25
    2.2.1 串联型有源电力滤波器的原理  22-23
    2.2.2 并联型有源电力滤波器的原理  23-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章三相并联型有源电力滤波器的关键技术  26-41
  3.1 三相并联型有源电力滤波器的数学模型  26-27
  3.2 谐波电流检测方法  27-36
    3.2.1 瞬时无功功率理论的基本原理  30-34
    3.2.2 p q检测法  34-35
    3.2.3 i_p-i_q检测法  35-36
  3.3 补偿电流控制方法  36-38
    3.3.1 三角载波控制法  36-37
    3.3.2 滞环比较控制法  37-38
  3.4 直流侧电压控制方法  38-40
    3.4.1 传统 PI 调节法  38-39
    3.4.2 模糊 PI 调节法  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章三相并联型有源电力滤波器的设计  41-63
  4.1 主电路部分的设计  41-52
    4.1.1 变流器部分的设计  42-49
    4.1.2 直流侧部分的设计  49-50
    4.1.3 输入输出部分的设计  50-52
  4.2 控制及检测部分的设计  52-59
    4.2.1 控制芯片、模数转换器的设计  52-56
    4.2.2 显示部分设计  56-57
    4.2.3 同步信号及锁相环倍频信号部分设计  57-58
    4.2.4 电压电流检测部分设计  58-59
  4.3 直流侧电压模糊 PI 控制的设计  59-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章三相并联型有源电力滤波器的仿真研究及分析  63-70
  5.1 三相并联型有源电力滤波器的仿真建模  63-64
  5.2 仿真结果分析  64-69
    5.2.1 谐波电流检测方法和补偿电流控制方法的仿真  64-67
    5.2.2 模糊 PI 调节法的仿真  67-69
  5.3 本章小结  69-70
第6章总结与展望  70-72
  6.1 总结  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
附录 1 攻读学位期间发表的学术论文目录  77-78
附录 2 实验样机图片  78

三相并联型有源电力滤波器的研究

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