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有源电力滤波器的预测控制算法的研究

作　者: 王峰南
导　师: 陈雪波
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电能质量有源电力滤波器预测控制
分类号: TN713.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 35次
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内容摘要

随着微控制技术和电力电子技术快速发展，非线性电力负荷的广泛应用，以及电网用户对电能质量要求的提高，电力系统谐波问题越来越引起了人们的重视，相比传统的无源电力滤波器，有源电力滤波器可以在动态补偿谐波的同时对电网无功进行补偿，因为其快速的响应速度，优秀的补偿效果，有源电力滤波技术已经逐渐成为电能质量治理领域研究的热点。谐波电流跟踪的实时性、准确性是有源电力滤波器研究的重要指标和决定谐波补偿效果的重要因素，电流跟踪的算法有基于模拟量控制的三角波法和滞环比较法，以及基于数字量控制的预测控制算法。预测控制算法通过预测谐波电流在下一个时刻的参考值实现谐波电流的跟踪，但是传统的预测控制算法计算量大，对控制器硬件的要求较高。针对目前预测控制算法的不足，本文提出了一种简单的预测控制算法，即利用电源电流的预测值与其实际值之差代替参考电流预测值与其实际值之差，该种方法通过检测电源电流和直流侧电压值即可计算出有源电力滤波器逆变器的占空比，作为逆变器的驱动信号达到补偿谐波和无功的目的。该控制算法优势是：不必对输出的补偿电流和负载电流进行采样；不必计算谐波参考电流，降低了对系统对硬件性能的依赖；电源电流波形通过提取电压相位计算得到，因此补偿效果不易受到电网电压畸变的影响，系统具有较好的鲁棒性。论文首先给出了电源电流预测算法的详细推导过程和稳定性分析，并采用Matlab对传统预测控制算法以及文中所提出的电源电流预测控制算法进行了仿真。接下来，论述了系统的硬件控制逻辑和各参数的选取原则，并通过实验对文中所提出控制算法的合理性和有效性进行了验证。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1. 绪论  9-15
  1.1 电能质量与谐波  9
  1.2 谐波的成因及危害  9-10
  1.3 谐波污染的应对措施  10-12
    1.3.1 无源谐波滤除装置  11
    1.3.2 有源谐波滤除装置  11-12
  1.4 有源电力滤波技术的发展  12
  1.5 论文主要工作  12-15
2. 有源电力滤波器的原理和控制策略  15-27
  2.1 有源电力滤波器的分类  15-19
    2.1.1 按电网接入形式分类  15-18
    2.1.2 按直流侧储能元件分类  18-19
  2.2 有源滤波器的基本原理  19
  2.3 有源电力滤波器谐波检测策略  19-25
    2.3.1 谐波和无功电流的检测现状  19-21
    2.3.2 三相瞬时无功功率理论  21-22
    2.3.3 基于瞬时无功理论的谐波检测 d-q 法  22-25
  2.4 电流跟踪算法  25-27
    2.4.1 三角波跟踪法  25
    2.4.2 滞环比较控制  25-26
    2.4.3 预测控制  26-27
3. 电流跟踪的预测算法研究  27-39
  3.1 数学建模  27-30
  3.2 谐波参考电流预测的算法  30-33
    3.2.1 灰色预测  31-33
    3.2.2 线性预测  33
  3.3 电源电流预测控制算法  33-35
  3.4 控制系统的稳定性分析  35-39
4. 控制算法的仿真研究  39-45
  4.1 仿真模型  39-41
    4.1.1 参考电流预测法的部分仿真模型  39-40
    4.1.2 电源电流预测法的部分仿真模型  40-41
  4.2 仿真结果  41-45
5. 有源滤波装置的设计  45-55
  5.1 硬件设计  45-53
    5.1.1 主电路设计  46-48
    5.1.2 控制电路设计  48-49
    5.1.3 采样电路  49-50
    5.1.4 驱动电路及过流保护电路  50-52
    5.1.5 直流侧电压采样电路和过压保护电路  52-53
  5.2 实验结果  53-55
6. 结论  55-57
参考文献  57-61
致谢  61-63
作者简介  63-64

有源电力滤波器的预测控制算法的研究

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