李海山[1]2002年在《有源电力滤波器电流检测新方法与实验系统开发》文中研究说明近年来，公用电网受到了谐波电流和谐波电压的严重污染，而电力电子装置是其主要的谐波污染源，随着电力电子装置的日益广泛应用，电网中谐波污染也日趋严重并影响到供电质量和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越多的受到关注。在我国有源电力滤波器的开发和研究尚处于起始阶段，还未有大容量有源电力滤波器的成熟产品问世，对有源电力滤波器的开发和研究具有极其重要的意义。 目前，有源电力滤波器的电流检测方法具有一定的局限性，其软件实现占用了较多的时间降低了系统的适时性，硬件实现较为复杂并且降低了系统的精确性和可靠性，两者是在技术上限制有源电力滤波器向产品方向发展的主要因素。数字信号处理器技术的发展，使电力滤波器的研究向实用化迈进了一大步，给软件设计带来了广阔的发展前景。相比较而言，硬件电路实现的复杂性主要在较多乘法器和加法器的使用降低了系统的精确性和可靠性；软件实现依赖于数字信号处理器CPU运算速度，同时也决定了它仅能在一定程度上节约执行时间提高系统的适时性，因此高效率的电流检测方法研究是目前有源电力滤波器研究的重要环节。 以叁相叁线制电网中电流为研究对象，本文着重研究了有源电力滤波器电流检测方法，并在实际的实验系统开发方面取得了一定成效。在兼顾适时性、精确性和可靠性的原则下，本文首先在前人理论工作成果和实际工作经验的基础上，提出了基于dq变换的有源电力滤波器电流检测新方法，该方法的提出综合考虑了软件实现的方便性和硬件实现的适时性，以一定的硬件电路为基础并利用软件的简单编程来提高控制系统电流检测的适时性、精确性和可靠性等性能；并以这种方法为基础使用MATLAB仿真软件进行了有源电力滤波器的适时动态仿真，仿真结果表明了所提出新方法的正确性；最后通过实验系统验证了该方法在满足适时性、精确性和可靠性的前提下是具有可行性的。 本文提出的有源电力滤波器电流检测方法使控制系统更有利于解决实际的工程问题。
耿攀[2]2006年在《叁相叁线并联型有源电力滤波器设计与控制》文中指出随着电力电子装置在电力系统中的大量应用,电力系统的谐波污染问题日益严重。谐波会对电力系统产生很多危害,必须予以抑制。有源电力滤波器(APF)是优化电能质量的一种重要而且先进的手段。而其中并联型有源电力滤波器过去和将来都将占据重要地位。并联有源电力滤波器主电路设计是核心环节之一。本文在叁相叁线并联型有源电力滤波器数学模型的基础上,通过对采用空间矢量调制的有源电力滤波器的工作过程的研究和分析,揭示了主电路各参数之间的相互关系。根据瞬态电流跟踪指标的要求推导出并联APF输出电感的估算公式。基于对电流跟踪误差矢量的度量,推导出针对特定负载的直流侧电容电压临界值表达式。详细介绍了LCL输出滤波器参数的设计方法。实时、高精度的谐波检测是有源电力滤波器的重要部分。针对基于Park变换的d-q检测方法,对基于该方法的电流检测误差进行了深入分析,包括锁相的相位误差和采样延时,以及低通滤波器对检测误差的影响。检测谐波电流成分应用了滑窗迭代算法,它能有效地提高系统实时性和目标跟随特性,并具有计算量小和容易工程实现的特点。为了保证系统的稳定运行,对于直流侧电压闭环控制进行了建模和分析,设计了相关的调节器,并精心设计了一套软启动方案。电流跟踪控制直接决定了有源电力滤波器的补偿效果。本文针对并联型APF电流环设计了叁种控制方法:即PI控制方法、超前拍控制方法、重复+PI控制方法。其中重复+PI控制方法是一种输出电流波形控制方法,即用PI环节保证系统的稳定性,同时依靠重复控制器提高输出电流的跟踪精度。在以上研究的基础上,本文研制了一台叁相叁线并联型有源电力滤波器装置。利用此装置本文对上述方法等进行了大量的实验和仿真研究,实验和仿真结果表明本文提出的方法完全适用于并联型有源电力滤波器,确保了有源电力滤波器的补偿性能。
郭喜峰[3]2013年在《有源电力滤波器关键技术的研究与应用》文中研究表明随着现代电力电子技术和控制技术的不断发展,各种电力电子设备被大量的推广和应用,给电力系统带来了严重的电能质量问题。有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)是改善电能质量、治理电网污染最行之有效的方法之一,但我国对APF的研究不够成熟,仍有许多问题需要进一步的研究解决。为此,本文围绕APF谐波检测,电流、电压控制等关键技术展开深入细致的研究,同时对主电路重要参数的设定和主要电路的设计进行了探讨。实时准确的检测出谐波电流,是决定APF补偿性能优良的关键。本文就低通滤波器的选型、阶次、通过频率、实现形式等进行了研究比较,利用滤波器系数量化分析法来寻求快速稳定的数字低通滤波器设计方案,通过仿真和实验完成数字低通滤波器的合理选型。针对改善谐波检测中动态响应慢、稳态误差大的问题,在分析低通滤波器零极点分布情况与谐波检测动态性能的关系后,提出一种加入超前-滞后校正网络的椭圆数字低通滤波器设计方法；为在相同采样频率的情况上,获取更好的检测效果,提出基于压缩感知理论的谐波检测方法,该方法首先基于压缩感知思想对原始谐波信号进行压缩采样,然后应用压缩采样正交匹配追踪算法对采样序列进行谐波检测与分离,从仿真和实验结果可以看出,本文方法加快了系统的响应速度,提升了谐波检测的准确性,改善了APF的补偿性能。本文首先针对APF固定环宽滞环电流控制补偿范围有限的问题,提出一种基于模糊控制的可变环宽滞环电流控制策略。通过对APF电流补偿能力与滞环环宽关系的讨论,确定依据补偿电流偏差及其偏差变化率来建立模糊规则,在提升补偿能力的同时重点改善固定环宽滞环电流控制中过零点和顶点处补偿能力不足的问题；其次通过对现有直流母线电压控制方法的分析,针对控制过程中限幅器这一关键环节,提出利用非线性分析方法讨论系统的稳定性,设计出合理的限幅器,并结合模糊控制理论实现对限幅器幅值的改变,完成对直流母线电压的控制；最后为了消除直流母线电压与电流间的耦合影响,本文针对叁相叁线制APF的系统数学模型及其非线性特性提出一种基于数据驱动与多模型的非线性多变量自适应控制方法,该方法根据工况的不同利用切换机制完成对多变量线性自适应控制器和基于ANIFS的多变量非线性自适应控制器的转换,在线性控制器保证闭环系统稳定的同时,非线性控制器辨识系统的未建模部分并加以控制从而提高系统的动态性能。该方法的闭环稳定性和收敛性在文中给予证明,并通过仿真和实验说明本文的控制方法能够满足APF的设计要求,使系统具有较好的动态性能和较强的抗扰动能力。本文对叁相叁线并联电压型APF重要参数及关键电路进行了深入研究。详细讨论了直流母线电压、电容和交流电感的设定依据,通过全面比较确定了IGBT及其驱动电路的选取,还对RCD、PLL电路参数进行了优化,并设计出软启动和系统保护电路。在前面的分析和设计的基础上,搭建起基于DSP的100kVA有源电力滤波器实验样机,并进行了相关的实验研究。大量的仿真和实验结果证明了本文所提出的关于APF谐波检测、电流电压控制及主电路设计等关键技术的研究成果是合理有效的,而且能够为APF的研发和生产起到积极的作用。
王党帅[4]2008年在《有源电力滤波器谐波与无功电流检测方法的研究》文中提出电力电子设备的大量使用使得谐波问题日益严重,谐波成为影响电能质量的重要因素;另一方面,现代用电设备对电能质量更加敏感,对供电质量提出了更高的要求。有源电力滤波器作为治理谐波有效的手段,其研究和应用越来越受到人们的重视。有源电力滤波器所采用的谐波电流检测方法,直接决定了谐波的检测精度和跟踪速度,是决定谐波补偿特性能的关键,本文重点研究了谐波与无功电流检测方法。本文在研究现有的谐波与无功检测方法的基础上,提出了一种适用于有源电力滤波器的补偿电流检测新方法。该方法通过叁相瞬时功率计算出负载基波正序有功电流幅值,然后乘以单位幅值的电源电压信号,得到基波正序有功电流的瞬时值,进而分离出待补偿电流分量。针对阻感负载整流电路中谐波电流的特点,提出一种简单高效的谐波与无功电流检测方法,该方法通过检测整流电路直流侧的电流,经过简单运算,即可得到基波有功电流的瞬时值,进而从负载电流中分离出谐波和无功电流分量。本文系统地分析了并联型有源电力滤波器的控制策略,以这种新型谐波与无功检测方法为基础,建立了基于PSIM的APF仿真系统。(1)针对不同负载性质和负载电流突变等情况进行了仿真研究,结果表明新型检测方法能够准确、快速地检测出负载电流中的谐波和无功电流分量;(2)对APF主电路交流侧电感、直流侧电容电压、补偿容量和开关频率等参数的优化选择进行了大量的仿真研究,得出了合理的参数取值范围。开发了以DSP为控制核心的并联型有源电力滤波器实验系统,设计了硬件原理线路和实验程序,实验结果验证了本文提出的谐波检测算法的正确性和有效性。
桂存兵[5]2016年在《有源电力滤波器关键技术研究》文中提出随着电网中谐波污染问题的日益严重,如何消除其不利影响成为一个需要解决的重要问题。有源电力滤波器(APF,active power filter)由于其良好的谐波补偿及无功功率补偿等能力,加之其能增强电网可靠性,被认为是解决谐波问题的最有效手段,因此引起了广泛关注和研究。本文选择中点电容式叁相四线制并联型有源电力滤波器做为研究对象,在电流的线性化解耦及重复自适应控制、高性能软件锁相环的优化设计、直流侧电压的最小电压值自适应控制等方面展开了一些有益的工作。为实现控制最优化和最简单的参数设计,在证明本文有源电力滤波器数学模型可逆的基础上,采用逆系统方法对有源电力滤波器电流进行线性化解耦,再采用最优控制和自适应重复控制组成复合型控制对d轴和q轴两个补偿电流分量分别进行控制,在消除谐波方面具有更高的精确性。考虑到实际电网电压有畸变或者频率有偏差,为提高锁相环的动态性能和锁相精确度,提出了基于正序基波提取器的变采样周期的一种新型软件锁相环。在深入分析幅值积分及其频率选择特性基础上,选择构成了新型的正序基波提取器,详细讨论了其中关键参数K参数的设计方法,准确合理地选择了它的具体大小,对变采样周期原理进行了深入分析,为了优化设计其调节器,采用了变采样周期的方法。仿真和实验结果表明,在电压非正常的一些恶劣工作情况下,本文提出的新型软件锁相环都能够准确快速地分离正序电压基波分量对应的相位和频率,为并网控制提供了可靠的基准。结合谐波补偿电流的动态和静态过程,提出了一种新型的直流边最小电压自适应控制方法。归因于这种最小电压自适应特性,同传统固定电压大小模式和其他的自适应直流边电压控制模式相比,这种模式下的开关损耗和开关燥声可以做到最小,同时能够获得最佳补偿效果,也可以做到电压自启动和动态的谐波电流补偿。文中详细地讨论了控制参数的设计。因此,本论文对软件锁相环技术、电流模型解耦和线性化技术、自适应重复控制技术、直流侧电压的自适应优化控制等关键技术进行了深入研究。通过仿真和实验验证了本论文分析和优化设计的合理性及有效性,对于提高有源电力滤波器的整体性能具有重要的理论和实际指导价值。
倪璐璐[6]2007年在《基于有源电力滤波器的谐波抑制技术研究》文中提出随着非线性负载的大量应用,电网中的谐波含量日益增加,造成电能质量恶化。有源电力滤波器以其优越的补偿性能,已成为电力电子技术领域的研究热点之一。本文对有源电力滤波器的谐波电流检测环节和电流跟踪控制环节进行了系统研究。首先,本文将基于瞬时无功功率理论谐波电流检测方法在叁相叁线制电路中的应用进行了扩展,提出了适用于叁相四线制电路及单相电路的实时检测新方法;其次,针对传统的基于神经网络谐波检测方式的缺陷,提出将神经网络与基于噪声抵消原理的自适应谐波检测相结合,利用径向基函数运算量小、收敛快、无局部极小值等特点,构造了一种基于径向基函数神经网络的谐波电流检测方法,仿真结果表明该检测方法具有很好的动态响应及畸变电流检测精度,对变化的负载可以很好地自适应跟踪检测。再次在深入分析空间矢量控制原理的基础上,推导出一种适合于定点DSP的补偿电流控制算法,在MATLAB环境下对基于该控制算法的并联型有源电力滤波器进行了建模仿真,仿真结果表明,该控制算法与传统的控制方法相比有一定的优越性,对于叁相对称负载和叁相不对称负载所产生的谐波电流都起到了较好的补偿作用,具有较好的动态补偿特性,能够有效提高有源电力滤波器的综合性能。最后在理论和仿真研究基础上,设计了并联型有源电力滤波器的主电路和控制电路,并完成了IPM接口电路、信号采集电路的制作和调试。
王静[7]2008年在《有源电力滤波器单周控制方法的研究》文中研究表明随着电力电子装置的广泛应用,电网谐波引起的电能质量问题日益受到重视。它不仅影响着电力用户的安全用电,也威胁着电力系统的安全、经济运行。因此,谐波抑制已成为当今电气工程领域中的重要研究课题。谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器(Active Power Filter--APF)。而有源电力滤波器的控制技术是研究中的核心问题之一。近几年一种新的控制技术——单周控制在有源电力滤波器的应用倍受关注。本文在全面地分析了电力系统谐波产生的原因,有源电力滤波器工作原理的基础上,探讨了有源电力滤波器谐波抑制机理。分析总结了有源电力滤波器谐波检测方法和控制方法,并在此基础上深入研究了有源电力滤波器的单周控制问题。随后,详细阐述了单周控制理论,深入讨论了单周控制技术在有源电力滤波器控制中的应用。建立了单相并联有源电力滤波器和叁相四线制有源电力滤波器的单周控制模型,在此基础上使用PSIM软件分别搭建了仿真模型。其中叁相四线制有源电力滤波器采用叁桥臂电压型变换器构成主电路,可用于补偿叁相四线制系统的谐波、无功电流等。仿真结果表明本文研究的有源电力滤波器单周控制方法的可行性,它不仅具有良好的静态补偿性能,而且具有迅速的动态跟随特性,可有效的补偿系统的谐波和无功等有害电流。为了验证单周控制有源电力滤波器谐波补偿性能,搭建了一套实验装置。在该实验装置上,针对叁相对称负载,进行了系统的谐波补偿性能测试。实验结果证明了该单周控制有源电力滤波器可以实现对系统谐波、无功等有害电流的补偿。
王文文[8]2017年在《叁相四线制有源电力滤波器的研究与设计》文中研究表明随着非线性负载在供电系统中的广泛应用,导致大量的谐波电流注入到电网中,给供电系统带来的损害日益严重。有源电力滤波器(APF)因其具备相对较高的补偿精度以及出色的实时性,成为了谐波治理、提升电能质量的重要手段,受到了广泛关注。在低压配电网中应用范围较广的为叁相四线制系统,存在着谐波、零序谐波电流以及叁相不平衡等问题,因此研究针对低压配电网应用的有源电力滤波器具备较强的实践应用意义。论文在阐述叁相四线制有源电力滤波器的课题研究背景和意义的基础上,研究分析了有源电力滤波器的结构组成及其工作原理,对其进行数学建模。并以此为基础,对APF谐波电流的检测方法、控制技术等关键技术进行了深入研究与分析。论文详细论述了传统FBD谐波检测算法理论,在此基础上对原有低通滤波环节进行了改进,提高了传统FBD检测算法的执行速度,并且在准确检测出谐波电流理论的基础上,搭建了以双DSP为控制器的APF系统,给出了主控制电路、信号调理电路以及驱动电路的设计。同时结合目前研究的不同控制策略,在电流环控制中引入比例谐振(PR)控制技术,可以实现对交流量无静差跟踪,也可对指定次谐波进行补偿;为了削弱频率波动对APF性能的影响,选用改进的PR控制器作为电流跟踪控制策略,以提高APF的补偿精度,并深入探讨了改进PR控制器的稳定性能和跟踪性能,同时以双PI控制方式实现直流侧电压的稳定和电容电压的平衡控制,对零序电流进行了有效的控制。根据以上对叁相四线制有源电力滤波器的研究设计,在MATLAB/Simulink环境下建立了有源电力滤波器系统的仿真模型,通过仿真分析,验证了改进的FBD谐波检测算法、PR控制算法的有效性和可行性。
刘斌[9]2007年在《并联型有源电力滤波器的研究与实验》文中指出电力电子设备的大量使用使得谐波问题日益严重，谐波成为影响电能质量的主要因素。有源电力滤波器能对频率和幅度都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，滤波特性很好，在治理电网谐波方面发挥重要作用。其研究和应用越来越受到人们的重视。本文在综合国内外有关文献的基础上，介绍了有源电力滤波器的发展历程、现状和趋势，以及有源电力滤波器的分类及拓扑结构，着重分析并联型有源电力滤波器的基本工作原理。对现有的几种谐波及无功电流实时检测方法进行了研究，并提出一种能克服非理想电网电压对谐波和无功电流检测带来的不利影响的谐波与无功电流检测算法。详细分析了并联型有源电力滤波器的控制策略，采用了基于电压空间矢量的控制策略对补偿电流进行控制，并用闭环控制的方法对直流侧电压进行了有效的控制。结合试验系统，介绍以TMS320F2812 DSP为控制核心的并联型有源电力滤波器系统的硬件和软件设计，对系统的软硬件各部分的结构和功能分别作了详细的阐述。并基于MATLAB软件建立了有源滤波器系统的仿真模型，对并联型有源电力滤波器系统进行了仿真研究。并在实验平台上进行实验，对采用的谐波电流检测算法和控制策略进行了实验验证。
周柯[10]2007年在《注入式有源电力滤波器的关键技术研究与工程应用》文中研究表明谐波的危害已得到了人们越来越多的认识和重视。在电网谐波污染越来越严重、用户对电能质量要求越来越高的背景下,利用有源电力滤波器(APF)这种先进的动态补偿装置对谐波污染严重的厂矿企业配电网进行电能质量的综合治理必将会带来显着的经济效益和社会效益。本论文围绕厂矿企业变电站的谐波抑制和大容量无功补偿混合治理问题进行了深入的研究。以江西某铜箔厂110kV变电站10kV配网的谐波治理和无功补偿问题为依托,提出了一种新型的大功率并联混合注入式有源电力滤波器HSHIAPF,着重讨论了其拓扑结构、工作原理、滤波性能、谐波检测、电流跟踪控制和综合设计等问题,并在理论研究基础上提出了基于HSHIAPF的谐波分析与治理一体化系统实现方案,最后在现场进行了HSHIAPF装置的投运,形成了较为完善的厂矿企业变电站谐波治理理论和技术方案,取得了令人满意的效果,为企业创造了良好的经济与社会效益。基于厂矿企业变电站的谐波治理背景,在HSHIAPF的设计过程中,将HSHIAPF的有源部分与基波串联谐振支路并联,再与注入支路串联形成一个整体,最后与单调谐无源滤波支路并联接入电网。由于基波串联谐振支路和注入支路的作用,有源部分承受的基波电压非常小,也几乎没有基波电流流入,其容量可以大大降低,适合于高压大容量系统的应用,初期投资也较小,其无源部分还可以承担一定的无功补偿任务。本论文同时还建立了HSHIAPF的控制原理方程,并选择了根据负载谐波电流来控制逆变器输出电压的控制策略。通过对HSHIAPF在负载谐波电流波动、电源谐波电压波动、电网阻抗波动以及电网频率波动这四种因素作用下的补偿特性和谐振抑制能力进行详细分析,证明了HSHIAPF具有很好的补偿性能。综合HSHIAPF对于谐波电流参考信号获取过程实时性、准确性的要求以及控制器部分需要谐波电流检测算法容易实现、计算量小的特点,本论文提出了一种基于离散傅立叶变换(DFT)的滑窗迭代电流检测算法。该算法利用将DFT看作一种FIR带通滤波器的思想,根据基波和谐波分次检测的需要,将FIR带通滤波器的中心频率设为相应的基波或谐波频率,采用长度为周期采样次数的滑动窗去迭代计算该带通滤波器的各项系数,不仅在基波电流和谐波电流突变的情况下能迅速、准确的求出其中的待检测成分,而且还能应用于单次谐波的快速分频检测。同时,该算法的软件实现十分方便,计算量很小,适用范围也较广,利用DSP和高速接口器件可以获得很高的检测精度,从而实现检测精度和动态响应速度的一致性。针对HSHIAPF的控制问题,本论文首先建立了HSHIAPF的系统模型。由于HSHIAPF的电压型逆变器在本质上是一个天然的变结构系统,因此在HSHIAPF的控制中应用滑模变结构控制有着非常明显的优势。同时,针对控制参考信号为周期量这一特征,采用递推积分PI控制算法可以实现对周期信号的无差跟踪。所以,结合传统滑模变结构控制算法快速性好和递推积分PI控制算法无稳态误差的优点,本论文提出了一种基于递推积分PI的离散滑模变结构控制算法,将递推积分PI控制算法计算出来的控制量作为滑模变结构控制率中的等效控制,使得控制器具有切换边带两侧以及边带内部的叁种变化状态,既克服了滑模变结构控制有差调节、电流开关毛刺较大等不足,也避免了递推积分PI控制稳态到达时间较长的缺点,从而兼顾了动态性能和控制精度的统一,而且逆变器开关毛刺也易于被输出滤波器抑制。本论文从HSHIAPF的最佳滤波效果和最小经济成本两个角度出发,从主电路各组成部分的参数设计、设备选取、工程应用等方面对采用注入式结构的HSHIAPF进行了综合研究,构建了一整套完善的HSHIAPF优化设计方法,并以计算机仿真实验为基础,证明了HSHIAPF优化设计结果对于现场工况的可行性和有效性。为了更好的实现HSHIAPF的工程应用,本论文还提出了基于HSHIAPF的谐波分析与治理一体化系统的技术与实现方案,使得整个一体化系统不仅具有很强的动态谐波治理能力和大容量的无功静补能力,逆变器容量小,性价比高;同时还具备齐全的谐波分析、人机交互以及谐波信息集成和共享功能,能够为厂矿企业电力系统的运行、管理提供必要的、可靠的信息来源,也能为上级电力部门提供真实的电能质量数据,非常适合厂矿企业变电站谐波治理工程的应用需要。本论文最后研制了HSHIAPF工业应用装置,完成了整个一体化系统软、硬件和网络设备的调试,并在实地进行了投运,取得了良好的应用效果,在根本上实现了一个基于分层分布式结构的电网谐波监测、分析与治理综合系统,为推进大功率APF在我国的实用化进程提供了有益的参考和借鉴。
参考文献：
[1]. 有源电力滤波器电流检测新方法与实验系统开发[D]. 李海山. 河北工业大学. 2002
[2]. 叁相叁线并联型有源电力滤波器设计与控制[D]. 耿攀. 华中科技大学. 2006
[3]. 有源电力滤波器关键技术的研究与应用[D]. 郭喜峰. 东北大学. 2013
[4]. 有源电力滤波器谐波与无功电流检测方法的研究[D]. 王党帅. 西安理工大学. 2008
[5]. 有源电力滤波器关键技术研究[D]. 桂存兵. 华南理工大学. 2016
[6]. 基于有源电力滤波器的谐波抑制技术研究[D]. 倪璐璐. 中国石油大学. 2007
[7]. 有源电力滤波器单周控制方法的研究[D]. 王静. 西安理工大学. 2008
[8]. 叁相四线制有源电力滤波器的研究与设计[D]. 王文文. 山东科技大学. 2017
[9]. 并联型有源电力滤波器的研究与实验[D]. 刘斌. 北京交通大学. 2007
[10]. 注入式有源电力滤波器的关键技术研究与工程应用[D]. 周柯. 湖南大学. 2007
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