微电网并联混合有源滤波器拓扑结构与优化设计研究

摘要

随着微电网开始成功实现与大电网的并网发电,其系统的结构及负荷类型将日益复杂化,电能质量问题将会随之出现。为了解决微电网中存在的谐波、无功等电能质量问题,本文设计一种适用于微电网的多功能并联混合有源滤波器(HybridActivePowerFilter,HAPF),该装置可以同时实现谐波治理、无功补偿及并网发电的功能。由于该装置整体拓扑结构与电气参数的设计将直接影响其运行综合效果。因此,本文着重对其电气参数的设计选型及拓扑结构展开研究。　　深入研究典型分布式电源并网系统与传统HAPF中APF(ActivePowerFilter,APF)的拓扑结构与工作原理。并从控制方式、电路拓扑结构、工作原理等方面对两者的相似点进行对比研究。基于此,提出一种微电网的多功能HAPF装置电路拓扑设计方案。针对该装置在不同工作模式下的情况,分别建立其对应的等效电路模型,并进行详细的工作原理分析,包括谐波抑制、并网发电及无功补偿原理。　　针对无源滤波器(PassivePowerFilter,PPF)传统电气参数设计方法中存在的综合指标考虑不合理、不全面等问题,基于传统粒子群算法展开研究,最终提出一种基于动态随机权重的多岛粒子群算法的PPF多目标优化设计方法,并顺利完成多功能HAPF中PPF参数的优化设计。该方法在传统粒子群算法的基础上,对惯性权重系数进行动态取值,通过对初始种群的多岛化及算法进行过程中的组合互移操作,较好的增加了多目标问题解的多样性,提高了算法的全局收敛性,减少了运算时间,综合考虑PPF治理效果、投资成本及无功补偿容量指标,有效地提高了多功能HAPF的综合运行效果。　　为了检验多功能HAPF拓扑结构及电气参数设计的可行性及其运行效果。基于MATLAB7.1搭建了该装置的整体系统仿真模型,针对三种工作情况进行仿真分析研究,并进行相关的实验研究。仿真与实验结果表明,该装置在有效解决微电网谐波和无功电流补偿的同时,能较好地实现分布式电源并网发电功能,达到了一机多能的要求,最大程度节约了微电网电能质量治理成本。

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第一章 绪 论

1.1 微电网多功能HAPF研究意义

1.2 微电网技术发展现状

1.3 微电网谐波及无功问题

1.4 本文的主要工作

第二章 微电网HAPF拓扑结构及工作原理

2.1 典型HAPF

2.2 典型DG并网系统和HAPF中APF的对比分析

2.3 微电网HAPF的结构及原理

2.4 本章小结

第三章 微电网HAPF电气参数整体优化设计

3.1 基于改进型PSO算法的PPF多目标优化设计

3.2 基于动态随机权重MIPSO算法的PPF多目标优化设计

3.3 并联APF设计

3.4 本章小结

第四章 微电网HAPF的仿真与实验分析

4.1 微电网HAPF仿真模型

4.2 仿真过程分析及结论

4.3 实验分析

4.4 本章小结

第五章 结语与展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢