一种新颖高压有源滤波器控制策略研究

摘要

电力电子技术的飞速发展，一方面给电能的变换和应用带来了方便，另一方面又给电力系统带来了较严重的电能质量问题，如谐波污染、无功问题、电压波动及不平衡等。有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)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，已成为电力电子技术应用中一个比较新的研究热点。但是APF在国内的应用还远没达到成熟阶段，与无源滤波器相比，在实际应用中仍然居于次要地位，有很多问题有待于进一步研究和完善。为此，本文详细分析了APF的拓扑结构及控制策略。　　首先本文分析了有源电力滤波器的拓扑结构，包括：变压器耦合的APF拓扑结构、串联型APF拓扑结构、并联型APF拓扑结构以及基于多电平技术的APF拓扑结构：并说明了这些拓扑结构的优缺点，随后列举了比较典型的APF几种常见的控制策略，并重点分析了混合级联有源滤波器的工作原理及其控制策略。决定APF补偿效果的关键因素是谐波和无功检测性能，基于瞬时无功理论的谐波检测方法在工程中得到了广泛的应用，在论文中，详细分析了谐波和无功检测算法的实现过程。　　在上述分析的基础上，本文给出了一种新的有源电力滤波器的拓扑结构，该拓扑结构采用电压源和电流源串联的新型APF结构，这种拓扑结构补偿电流完全由电流源产生，电压源输出的多电平电压波形使电流源并连在高压电网中两端承受电压在极小的范围内，改善了APF的补偿效果。提高了APF的动态性能。由于电流源采用简单的H桥的拓扑结构，采用传统的电流跟踪控制策略，通过三角波比较产生PWM信号来控制有源电力滤波器。　　最后本文使用matlab/simulink仿真工具和搭建了基于DSP2812的实验平台，来验证本文拓扑结构及控制策略的有效性。仿真结果详细验证了电路拓扑结构及控制策略的有效性。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 谐波与无功的问题及其解决方案

1.2.1 谐波的产生及危害

1.2.2 无功功率的产生及其影响

1.2.3 电能质量与谐波标准

1.2.4 谐波的抑制及无功补偿方案

1.3 有源电力滤波器的发展和现状

1.3.1 有源滤波器的发展

1.3.2 有源滤波器的应用及其发展趋势

1.4 本文主要内容

第二章 高压有源滤波器拓扑结构分析

2.1 有源滤波器的分析

2.1.1 单相并联型APF的工作原理

2.1.2 有源滤波器的分类

2.2 基于多电平技术的高压大容量APF拓扑结构

2.2.1 二极管筘位多电平逆变器

2.2.2 飞跨电容多电平拓扑

2.2.3 级联H桥有源电力滤波器

2.2.4 改进型混合级联多电平

第三章 改进的混合多电平有源电力滤波器控制策略

3.1 滞环比较控制方式

3.2 无差拍控制法

3.3 双闭环控制策略

3.3.1 双闭环控制原理

3.3.2 重复控制器的设计

3.4 级联H桥控制策略

3.4.1 直流侧均匀控制

3.4.2 交流侧控制

3.5 改进型混合级联多电平控制

3.5.1 电压源控制

3.5.2 电流源控制

第四章 改进型混合级联多电平APF的系统仿真

4.1 谐波指令的提取

4.2 混合级联多电平的仿真

4.2.1 谐波检测仿真

4.2.2 系统仿真

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来工作展望

参考文献