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基于瞬时无功功率的有源电力滤波器研究

作　者: 张文龙
导　师: 陈永强
学　校: 西华大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 三相三线有源电力滤波器瞬时无功理论锁相环
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着大量非线性负载在工业和民用现场的广泛应用,电网电流波形畸变越来越严重,谐波对电网的危害也越来越明显。无源滤波器(PF)作为传统的治理装置具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高等特点而被广泛使用。有源电力滤波器(APF)与PF相比,存在如下几个优势：1)APF不受系统阻抗影响；2)APF不会因超载而损坏设备；3)补偿效果不受负载变化的影响；4)APF在治理谐波的同时,能够补偿无功,调节负载平衡,降低电压闪烁等。针对目前普遍使用的有源电力滤波器结构,本文选用三相三线制电压型有源电力滤波器来抑制电网中的谐波电流。(1)通过对有源滤波器的工作原理、拓扑结构的数学模型分析,以及主电路参数的设计,给出了本文中有源滤波器的整体模型。(2)基于瞬时无功功率理论的谐波检测算法是现阶段研究最多和应用最广泛的一种谐波电流检测方法,p-q检测法和ip-iq检测法是最具代表的两种方法。文中在详细分析其算法的原理后,应用MATLAB2011b/Simulink仿真软件对这两种方法进行了验证,得到的仿真结果和理论分析是吻合的。两者同时表明ip-iq检测法相对p-q检测法而言优势是明显的,但是仍有一些不足之处。(3)针对ip-iq检测法在电网电压不平衡、畸变等条件下谐波检测的不足,提出了一种新的基于双同步旋转坐标变换及交叉解耦的三相锁相环。利用该方法消除了二倍频分量,实现了更高的锁相精度,更好的纹波消除效果。通过与传统锁相环运用于ip-iq法进行谐波检测的仿真对比,结果表明在电网电压不平衡和畸变条件下,新的三相锁相环(IDDSRF-PLL)提取到的基波畸变率分别降低了1.18%和1.42%,从而提高了ip-iq法的谐波检测性能。(4)对三相三线电压型APF进行控制,通过分析了电流跟踪控制法及直流侧电压控制法,最终选用了三角波比较法和PI调节控制。并通过MATLAB2011b对搭建出的APF系统模型进行仿真研究,仿真结果证明了该有源滤波器采用三角波比较控制方法和PI参数调节方法的实时性和可行性。本文中设计的APF不仅在电网电压正弦情况下能够很好地抑制电网中的谐波,而且在电网电压不平衡、畸变和负载动态变化时也能得到较好的谐波治理效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题背景  8
  1.2 谐波治理的意义  8-9
  1.3 谐波治理标准  9-11
  1.4 谐波治理的措施  11-12
  1.5 治理方案比较  12-14
  1.6 有源滤波技术的发展概况和国内外研究现况  14-15
  1.7 本文的主要研究内容  15-16
2 有源电力滤波器及其特性分析  16-31
  2.1 有源电力滤波器基本原理  16-18
    2.1.1 有源电力滤波器基本工作原理  16-17
    2.1.2 有源电力滤波器能量交换问题  17-18
  2.2 有源电力滤波器的分类  18-22
  2.3 主电路的数学模型及其参数设计  22-30
    2.3.1 三相三线并联型有源电力滤波器数学模型  22-26
    2.3.2 主电路设计  26-30
  2.4 本章小结  30-31
3 有源电力滤波器实时电流检测方法的研究  31-43
  3.1 谐波电流检测方法综述  31-32
    3.1.1 采用模拟滤波器的检测法  31
    3.1.2 采用离散傅里叶变换(DFT)的检测方法  31
    3.1.3 采用快速傅里叶变换(FFT)的检测方法  31-32
    3.1.4 采用瞬时无功功率理论的检测方法  32
  3.2 基于瞬时无功功率理论的检测方法  32-37
    3.2.1 三相电路瞬时无功功率理论  32-34
    3.2.2 p-q电流检测法  34-37
    3.2.3 ip-iq电流检测法  37
  3.3 仿真分析  37-42
  3.4 本章小结  42-43
4 改进ip-iq谐波电流检测方法  43-51
  4.1 基于双同步坐标系解耦锁相环原理  43-45
  4.2 改进的双同步坐标解耦锁相环  45-46
  4.3 仿真研究  46-50
    4.3.1 三相对称无畸变电压条件下的检测  47-48
    4.3.2 单相接地短路故障情况下的检测  48-49
    4.3.3 电网电压含谐波负序分量情况下的检测  49-50
  4.4 本章小结  50-51
5 有源电力滤波器控制策略的研究  51-56
  5.1 电流跟踪控制方法  51-54
    5.1.1 三角波比较控制  51-52
    5.1.2 滞环电流控制  52
    5.1.3 定时比较控制  52-53
    5.1.4 空间电压矢量PWM控制  53-54
  5.2 直流侧电压控制方法  54-55
  5.3 本章小结  55-56
6 有源电力滤波器仿真研究  56-63
  6.1 有源电力滤波器的仿真模型及参数设置  56-58
    6.1.1 有源电力滤波器的仿真模型  56-57
    6.1.2 仿真参数设置  57-58
  6.2 仿真结果分析  58-62
    6.2.1 电网电压畸变时的结果  58-60
    6.2.2 非线性负载变化时的结果  60-62
  6.3 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68-69
致谢  69

基于瞬时无功功率的有源电力滤波器研究

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