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《湖南大学》 2013年
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四开关型有源电力滤波器的控制理论与应用研究

王文  
【摘要】:四开关型有源电力滤波器(Four-switch-type Active Power Filter, F-APF)可以作为传统的六开关型有源电力滤波器在故障重构后的容错电路拓扑,具有在六开关逆变器故障时迅速恢复系统部分性能的潜力,同时由于减少了一对开关器件,F-APF具有装置成本低、损耗少、体积小、驱动电路简单及可靠性高等优势,因此具有重要的研究价值。本论文得到了国家“863”计划项目“大型工业企业电气节能新技术新装备及其工程应用”和国家自然科学基金重点项目“微网多逆变器并联及电能质量控制方法研究”的资助,围绕F-APF的控制方法与工程应用展开,分别对三相四开关有源电力滤波器(Three-phase Four-switch Shunt Active Power Filter, TFSSAPF)的工作原理与空间矢量电压调制算法、空间矢量离散电流控制方法以及直流侧电容电压控制方法进行了研究,在此基础上,结合微源逆变器的结构特点和某110kV变电站的电能质量情况,分别研究了TFSSAPF在低压微网和高压配电网中的相关应用问题,主要研究内容和创新如下: (1)分析了TFSSAPF的工作原理,提出了一种空间矢量调制算法(SVPWM),大幅度优化了触发脉冲生成方法的总体计算量和计算精度。 通过详细分析TFSSAPF的拓扑结构,本文揭示了TFSSAPF输出三相平衡正序(负序)电压的条件,为TFSSAPF对谐波、无功及负序电流的补偿奠定了基础。提出了一种改进的坐标变换式,使基本输出电压空间矢量位于αβ坐标系的坐标轴上,只需进行简单的符号判断和四则运算即可得到参考电压矢量的扇区和基本电压矢量的作用时间,在总体计算量和计算精度上得到了大幅度的优化。通过控制幅值相同、方向相反的一对基本电压矢量在单位开关周期内的作用相同时间的方法合成零矢量,提出了一种五段式SVPWM算法,通过搭建仿真模型和样机实验平台验证了TFSSAPF原理分析的正确性以及所提SVPWM算法的有效性。 (2)揭示了空间矢量电流控制方法中等效误差电压矢量的约束条件,提出了一种TFSSAPF双滞环离散电流控制方法,提高了指令电流的跟踪速度,降低了开关管的工作频率。 本文分析了TFSSAPF采用空间矢量方法进行电流控制时,等效误差电压矢量的约束条件,既保证误差电流幅值减小,又不超出TFSSAPF的输出能力;指出了等效误差电压矢量的最优方向,以使单位幅值的等效误差电压矢量能产生最大的误差电流矢量幅值衰减;采用离散方法描述了实现指令电流精确实时跟踪的输出电压表达式,并提出了一种TFSSAPF双滞环离散电流控制方法,在误差电流较大时进行矢量合成,在误差电流较小时选择最优矢量输出,既满足电流畸变率要求,又降低开关管的工作频率。仿真和实验说明了所提方法在参考电流跟踪速度提高和功率器件开关频率降低上的优越性。 (3)建立了TFSSAPF的基本数学模型,对TFSSAPF的直流侧电容电压控制目标进行了描述,提出了一种基于相电流调制的TFSSAPF直流侧电容电压控制方法,保证了直流侧电容电压的稳定。 本文分析了TFSSAPF的能量交换原理,采用控制TFSSAPF输出电流有功分量的方法来实现直流侧电容总电压均值的恒定;建立了直流侧电容平均电压差值和TFSSAPF的C相输出电压的关系,提出在C相指令电流中叠加均压控制量的方法来实现直流侧两电容均压。提出以相电流作为指令电流的SPWM电流调制算法,弥补了传统的线电流调制方法应用于TFSSAPF时的弊端。综合相电流SPWM电流调制算法、直流侧电容总电压均值稳定方法和直流侧两电容电压平衡方法,提出一种TFSSAPF直流侧电容电压控制方法,并对关键参数设计方法进行了分析。通过搭建样机实验平台验证了所提方法的有效性。 (4)分析了在虚拟阻抗存在时,负载谐波电流对微网逆变器性能的影响,提出一种TFSSAPF的复合控制方法,用于控制TFSSAPF以调节微网母线电压角频率并抑制负载谐波,消除负载谐波对微源逆变器的影响,并充分利用其无功容量。 本文通过建立微网逆变器系统的等效模型,对负载谐波引起的逆变器功率检测偏差进行了详细分析,引入虚拟谐波功率的概念对误差进行量化,采用小信号分析方法说明了负载谐波电流对微网逆变器性能的影响并进行了仿真验证。为了减小负载谐波对微网逆变器的影响,并利用TFSSAPF的无功容量,提出了一种TFSSAPF的复合控制算法,在TFSSAPF参考电流中加入了用于调节母线电压角频率的无功分量来对母线电压频率波动进行补偿,仿真分析说明,该算法能降低母线角频率误差值,并补偿负载谐波电流,提高了微网逆变器的稳定性。 (5)分析了某110kV变电站的电能质量情况,针对其电能质量问题提出种FSI-HAPF结构,并对软硬件系统进行了设计,实现了在35kV侧进行大容量无功补偿和动态谐波治理的目的。 本文分析了某110kV变电站的基本电能质量情况,参照电能质量国家标准说明35kV母线Ⅰ段存在的谐波污染及无功不足问题。提出了一套高压配网混合补偿装置FSI-HAPF,由TFSSAPF和谐振注入支路组组成,与传统注入式混合有源滤波器相比,造价更低,可靠性更高。阐述了FSI-HAPF的结构及滤波原理,从无源和有源部分说明了FSI-HAPF的主电路参数设计方法,介绍了FSI-HAPF控制系统软硬件部分设计思路与实现方法。工程应用效果显示,该装置能够满足工业现场的需求,使35kV母线Ⅰ段的主要电能质量指标降低至国标限值以下,以较低的成本达到了高压系统谐波动态治理和大容量无功补偿的目的。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM761;TN713.8

【参考文献】
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1 杨旭,王兆安;一种新的准固定频率滞环PWM电流控制方法[J];电工技术学报;2003年03期
2 陈东华,谢少军;电流型控制半桥逆变器研究(I)——直流分压电容不均压问题[J];电工技术学报;2004年04期
3 陈东华,谢少军;电流型控制半桥逆变器研究(Ⅱ)——直流电容电压偏差前馈控制技术[J];电工技术学报;2004年06期
4 王永,沈颂华,吕宏丽,曹宇;基于简单电压空间矢量三相逆变器的研究[J];电工技术学报;2005年10期
5 杨水涛;张帆;刘金云;钱照明;;一种新型半桥逆变器电容均压控制策略[J];电工技术学报;2006年07期
6 周林;夏雪;万蕴杰;张海;雷鹏;;基于小波变换的谐波测量方法综述[J];电工技术学报;2006年09期
7 洪峰;单任仲;王慧贞;严仰光;;一种变环宽准恒频电流滞环控制方法[J];电工技术学报;2009年01期
8 何英杰;刘进军;王兆安;唐健;邹云屏;;基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法[J];电工技术学报;2010年02期
9 刘宏超;吕胜民;张春晖;;三相四开关并联型有源电力滤波器的SVPWM调制算法[J];电工技术学报;2011年04期
10 安群涛;孙力;赵克;于丽娜;;四开关SVPWM算法及其与SPWM的关系[J];电力电子技术;2010年08期
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1 赵伟;高压配电网谐波与无功综合动态治理理论与应用研究[D];湖南大学;2010年
【共引文献】
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1 丁桂晓;吴星明;刘敬猛;;基于SOPC的SVPWM波形研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2007年02期
2 张炳华;通信电源系统的谐波及其治理方法[J];北京电信科技;2000年04期
3 胡细波;王洪诚;王钰涵;王秀娟;;一种简化SVPWM控制的死区分析与补偿方法[J];兵工自动化;2012年06期
4 吴静;金海彬;;电网信号高准确度频谱插值测量算法[J];北京航空航天大学学报;2010年04期
5 余晓明;吴捷;王世闻;张勇;;基于DSP的通用FFT算法在电网谐波检测中的应用[J];北京联合大学学报(自然科学版);2007年03期
6 罗邵屏;罗安;汤赐;吴传平;;谐波治理的研究进展[J];变流技术与电力牵引;2007年06期
7 汤赐;罗安;欧建波;方璐;;新型注入式混合有源滤波器的开关谐波抑制技术研究[J];变流技术与电力牵引;2007年06期
8 刘继权;张茂松;;三电平SVPWM的等效简化控制算法[J];大功率变流技术;2009年01期
9 林贞礼;张秀峰;罗广雷;;基于大功率有源滤波器的同相AT牵引供电系统[J];大功率变流技术;2009年02期
10 肖湘宁;;电能质量科技发展动态及其分析[J];大功率变流技术;2010年01期
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1 杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
2 易吉良;基于S变换的电能质量扰动分析[D];湖南大学;2010年
3 全惠敏;电能质量相关信号的S变换检测算法及应用研究[D];湖南大学;2010年
4 谢斌;并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究[D];华中科技大学;2010年
5 陈国志;电力谐波和间谐波参数估计算法研究[D];浙江大学;2010年
6 张红娟;变转速泵控差动缸及低能耗注塑机技术研究[D];太原理工大学;2011年
7 于蓉蓉;光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究[D];北京交通大学;2011年
8 雷之力;微网谐波振及电压暂降的评估与控制[D];华北电力大学(北京);2011年
9 崔明勇;微网多目标优化运行及控制策略研究[D];华北电力大学(北京);2011年
10 陈仲伟;基于飞轮储能的柔性功率调节器关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
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1 杨亮;基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究[D];安徽工程大学;2010年
2 王磊;继电保护测试仪检定装置的研究与实现[D];南昌航空大学;2010年
3 张云波;基于DSP的三相四线制有源电力滤波器的研究[D];山东科技大学;2010年
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5 徐坤山;三相四线制并联型有源电力滤波器的研究[D];山东科技大学;2010年
6 史大伟;宽频调速系统设计及精度分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王嘉男;海洋潜器全方位推进器主轴控制系统设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 郑品;基于DSP的多功能配电变压器监测终端的设计[D];大连理工大学;2010年
9 陈铭明;电力间谐波的特性及抑制技术研究[D];大连理工大学;2010年
10 许明;并联型三相三线制有源电力滤波器的仿真研究[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
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1 欧阳帆;周有庆;邵霞;李灿飞;;基于平衡变压器的单相/三相移相供电方式的研究及参数匹配[J];变压器;2007年10期
2 许遐,王惠仁;电能质量的全过程监测技术[J];电测与仪表;1999年08期
3 陈宵雅,金心宇;结合MATLAB的虚拟仪器技术在谐波测量系统中的应用[J];电测与仪表;2005年04期
4 浦志勇,黄立培,吴学智;三相PWM整流器空间矢量控制简化算法的研究[J];电工电能新技术;2002年02期
5 王庚,李永东,游小杰;级联式并联有源电力滤波器的控制[J];电工电能新技术;2004年04期
6 周卫平,吴正国;电压空间矢量脉宽调制的简单快速算法[J];电工电能新技术;2005年02期
7 李鹏,石新春,梁志瑞,陈志业,周晓静;对电弧炉平衡化补偿实用公式推导及验证[J];电工技术学报;2001年01期
8 祁才君,王小海;基于插值FFT算法的间谐波参数估计[J];电工技术学报;2003年01期
9 杨旭,王兆安;一种新的准固定频率滞环PWM电流控制方法[J];电工技术学报;2003年03期
10 赵振波,李和明,董淑惠;采用电流滞环调节器的电压矢量控制PWM整流器系统[J];电工技术学报;2004年01期
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1 于睿;高领福;冯国楠;;啤酒发酵过程温度控制系统数据采集中的数字滤波器设计[J];仪器仪表与分析监测;1985年02期
2 熊一鹰,林海雪;应用大系统分解协调优化选择滤波器参数[J];电网技术;1991年04期
3 李清江;肖志斌;银庆宏;高吉祥;李楠;库锡树;;程控滤波器(D题)设计报告——2007年全国大学生电子设计竞赛索尼杯奖[J];电子制作;2008年02期
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5 谢萌;刘志刚;师睿;;基于LCL滤波的PWM整流器应用[J];电力电子技术;2008年07期
6 江南;葛清;王蕙;周若煦;;分布式发电系统中无源滤波器的多目标优化[J];电力系统及其自动化学报;2009年05期
7 刘学忠;徐传骧;;滤波器对PWM变频调速电动机端子上电压波形的影响[J];电源技术应用;2001年04期
8 刘建英;邓少强;周方圆;王卫安;黄燕艳;;200 kA铝电解系列整流装置谐波治理研究[J];变流技术与电力牵引;2007年04期
9 李习武;王艳松;马艳丽;;基于遗传算法的配电网滤波装置的优化配置[J];电气应用;2008年10期
10 李欣;蒋平;徐杏桃;;模态分析法在无源滤波参数设计校核中的应用[J];江苏电机工程;2008年04期
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1 孙明轩;毕宏博;;自适应周期滤波器及其学习算法[A];浙江省信号处理学会2011学术年会论文集[C];2011年
2 罗曦;蒋平;;谐波谐振评估软件的开发与研究[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集(下册)[C];2008年
3 杨裕媛;殷兴辉;;矩形波导E面滤波器参数性能分析[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2009年
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6 方朝龙;张耀举;;用振幅-相位杂化滤波器提高近场光存储系统的焦深[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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6 张勇;多模多频无线收发机中模拟信道选择滤波器设计研究[D];华东师范大学;2010年
7 武丽芳;基于环形集成LC元件的平面EMI滤波器研究[D];南京航空航天大学;2011年
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