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中压H桥级联型有源滤波器的研究

黄江浩  
【摘要】:随着工业技术的不断进步及非线性装置的广泛应用,谐波污染现象日益严重,这不仅造成电能质量的下降,而且危及电网的安全稳定运行。有源滤波器(Active Power Filter,APF)作为一种新型电力电子装置,已成为人们公认的一种动态抑制谐波、实时补偿无功的有效手段。传统的APF因开关器件耐压能力及开关频率的限制,无法应用到中压场合。因此,级联H桥型APF逐渐成为中压领域的研究热点,同时也是本文的重点研究内容。首先,为了解决中压领域大功率器件开关频率与容量之间的矛盾,本文引入了一种针对级联型变流器结构的载波相移SPWM调制技术,接着说明了CPS-SPWM技术的原理及其在级联APF中的应用,并对半周期单倍频调制方式进行了理论分析,最后就该方式下的输出电压波形、倍频等特点进行了仿真验证,同时说明了不同级联数目及移相角度时该技术对APF输出性能的影响。其次,详细介绍了基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q算法和LMS自适应谐波检测算法,并提出了一种LMS/LMF谐波检测新算法。该算法是基于最快降低均方误差理论,以寻求目标函数最优为原则,对LMS算法的步长迭代加以改进,并根据电流误差相干平均估计适当调节阈值参数得到LMF的步长,不仅减少了高次谐波电流对步长更新过程的影响,还达到了收敛性和动态跟踪性能兼优的目的。之后,基于Matlab/Simulink仿真平台对该理论加以验证。再次,分别介绍了自适应PI控制原理和直流侧电压平衡控制原理,在两者基础上提出了一种电压分层的平衡控制策略。上层控制是通过引入以电压平方差为输入量的自适应PI外环控制来提高电流跟踪能力,并结合生成的有功指令电流与改进的ip-iq算法来产生直流侧电压主调制波分量,用来维持各相总电压的稳定;下层控制则通过重构基于标幺化电流的调制波微调量,用来叠加在上层控制产生的主调制波上,从而实现相内电压均衡。最后通过仿真证明了该分层控制算法的准确性,且在中压领域具有一定的实用价值。最后,基于MATLAB仿真平台的建立,本文搭建了低压H桥级联型APF的试验样机,并对控制系统的主要硬件电路参数及程序设计作出了详细论述,之后通过调试程序、观察并分析实验结果,进一步论证了本文所提方法的正确性与实用性。


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