钟金亮[1]1998年在《有源电力滤波器的变结构控制策略研究》文中提出面对日益严重的“电网污染”，电网净化已引起越来越多的关注。本文试图通过对有源电力滤波器变结构控制策略的研究，为有源电力滤波器技术提供一种有效的控制、分析和设计的方案。 本文首先对有源电力滤波器技术提出的背景、发展及展望进行了详细的综述。由于有源电力滤波器弥补了无源电力滤波器的不足，在谐波抑制、无功补偿、平衡三相不平衡系统、电压调节以及闪变抑制等诸多方面已取得良好的效果，被公认为是综合治理“电网污染”的有效手段，但其结构和控制技术还在不断发展之中。 在分析基于瞬时无功功率理论控制的不足和变结构控制理论的基础上，本文第2章应用变结构控制理论，将有源电力滤波器的补偿控制问题转变为运动跟踪闭环控制问题，并给出了有源电力滤波器变结构控制策略的应用方法分析。瞬时无功功率理论和变结构控制理论的应用对比分析表明了变结构控制理论不仅能为有源电力滤波器提供简单有效的控制，而且能为系统的参数设计、抗干扰性和稳定性分析等各方面提供理论依据。 本文接着全面深入地探讨了变结构控制策略在并联型、串联型、混合型有源电力滤波器中的具体应用，提出了应用空间矢量图来分析变结构控制的控制规律和电流可控性的新方法，并对系统的参数设计、抗干扰性和稳定性问题进行了详细研究。在对逆变器直流侧电容电压的闭环控制进行建模的基础上，应用模糊控制理论，提出了电容电压模糊控制器，取得了良好的控制效果。 针对变结构控制在应用中出现的抖振问题，本文第5章应用趋近率控制与模糊控制的有机结合，提出了模糊变结构控制策略，并应用空间矢量分析法揭示了其控制机理。该控制策略在有源电力滤波器的应用，不仅大大减小了开关频率、降低了开关损耗，而且具有很强的鲁棒性和更好的控制精度。 根据以上研究，本文研制了基于变结构控制的并联型有源电力滤波器，从主回路到全数字控制系统、从硬件到软件全面探讨了其实现技术，并取得了令人满意的实验结果，更进一步验证了有源电力滤波器变结构控制策略的有效性和理论分析的正确性。
蒋辉平[2]2007年在《混合型有源电力滤波器的研究》文中指出随着电力电子器件在工业中的广泛应用,其产生的谐波电流注入电网,影响电气设备的正常工作。谐波的污染问题已经成为影响供电质量的重要问题。传统的无源电力滤波器和有源电力滤波器各有其优缺点,有源滤波器与无源滤波器串联的并联混合型有源滤波器更好地结合了无源滤波器和有源电力滤波器的优点,造价较低、性能优良。这种结构能以较小的有源装置容量实现大容量的谐波补偿,并能将电压耐压较低的半导体功率器件安全地用于高压系统的谐波补偿,在取得良好的谐波补偿效果的同时,还可兼顾部分基波无功补偿,有着广泛的发展、应用前景。本文针对谐波治理需要提出的新型混合型有源电力滤波器兼具较大容量的无功静补偿能力和较小的逆变器容量,对其工作原理进行了分析,并建立了混合型有源电力滤波器的拓扑结构模型方程和开关函数模型方程。谐波检测是有源滤波器的一个关键环节,而其中的计算延时和许多谐波检测方法中的低通滤波都会对有源滤波器控制和系统性能造成很大的影响。本文在ip-iq算法的基础之上,对其进行推广应用,并对其进行了仿真分析,仿真结果证明了算法的可行性和有效性。本文对并联型混合有源滤波器控制策略进行了研究。在对并联混合型有源电力滤波器的无源电力滤波器和有源电力滤波器的结构、原理和设计方法进行了较为充分的分析讨论的基础上,提出了混合型有源电力滤波器的自适应模糊PI控制和自适应模糊免疫PI控制,并进行了详细的分析及进行了仿真,仿真结果表明所提出算法的有效性。论文结合有源电力滤波器控制器在某变电站的应用实例,详细说明了系统拓扑结构和控制器的设计,并给出了现场应用效果。
陈聪[3]2013年在《三相四线制有源电力滤波器滑模变结构控制的研究》文中指出考虑当前低压配电系统的主要谐波源为单相和三相负载，本文以补偿三相四线制系统谐波的有源电力滤波器（APF）为研究对象，在四桥臂三相四线制主电路结构的基础上，研究有源电力滤波器谐波检测和补偿控制策略的新方法。在分析传统的三相四线制系统零序电流分离法时，经数学推导证明将三相电流ia、ib和ic先剔除零序分量是不必要的。为了使ip-iq算法能应用到三相四线制系统，本文提出了一种改进的ip-iq谐波检测法，该方法对ip-iq算法的三相电流运算进行了解耦，省去了三相至两相的坐标变换及其反变换，它能检测单相和三相四线制系统任一相的谐波电流，仿真验证在检测精度不变的情况下，改进的算法有效减少了计算量，提高了检测速度，满足实时检测电网谐波电流的要求。对四桥臂拓扑结构APF输出电压进行空间矢量分析，并对比三桥臂APF空间电压矢量，提出了将四桥臂APF的A、B、C三相桥臂输出电压分解为对称分量和零序性分量的新思路，对称分量和三桥臂APF的空间电压矢量相同，进一步研究A、B、C和N相桥臂输出电流之间的关系，得出A、B、C三相的零序电流分量可由N相桥臂补偿，最终确定可将A、B、C三相和N相分开控制。对电容电压的控制上，将直流侧电压和补偿电流放到一个数学模型中统一考虑，避免对补偿电流与直流侧电压由两个闭环分别进行控制。考虑到有源电力滤波器的非线性本质，采用受外部干扰影响小、具有较好动态性能的滑模变结构控制策略，以跟踪误差最小为目标，定义滑模面，采用等效控制和趋近率设计滑模控制器，分析可达性条件，确定滑模面参数的取值范围，得出开关函数。与滞环控制对比仿真，结果表明本文所提出的方法具有稳定性高、实时性好、跟踪速度快的优点，本文的研究对实际三相四线制有源电力滤波器的工程应用有一定的借鉴意义。
桑杰[4]2016年在《一种新型滑模控制并联有源电力滤波器的研究》文中提出介绍了有源电力滤波器的基本工作原理并且对其建立了离散化模型,说明了APF系统为切换仿射非线性系统。为了能够对直流侧电容电压进行有效地控制,建立了瞬时能量的平衡数学模型。通过对瞬时无功功率检测法的分析发现低通滤波器是影响谐波检测的主要原因。针对传统的低通滤波器对于非线性问题的处理结果不是很令人满意,本文采用了神经网络自适应低通滤波器来获得有功和无功电流中的直流分量。传统的直流侧电压控制主要采用的是PI调节控制。PI控制方法虽然比较简单、可靠性好,但是也存在一些缺陷。针对传统直流侧电压控制的缺点采用了电网电压与电流经过下垂调节器来获取参考电压。针对下垂调节器在调节电压时不能保证系统的稳定性的问题,采用了自适应反推控制策略。本文采用了具有良好的鲁棒性的滑模控制作为有源电力滤波器的控制策略,但是滑模控制也存在着其不可避免的抖振问题。本文采用神经网络来不断更新滑模控制参数。设计出有源电力滤波器的系统结构图。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了有源电力滤波器的仿真模型,得到了仿真后的基波、谐波、负载电流波形。通过得到的仿真波形与传统的控制方法进行了对比,验证了之前所提改进型控制算法的可行性。基于之前的仿真,采用DSP TMS320F28335作为主控芯片,同时对系统的硬件电路以及软件进行了设计。通过实验得到的结果进一步验证了之前所提理论的可行性与有效性。
郜亚洲[5]2015年在《有源电力滤波器谐波检测与控制策略研究》文中进行了进一步梳理现代社会中电力电子装置应用愈加广泛,在提高人们生活质量的同时产生谐波,严重影响电能质量。有源电力滤波器适用于补偿无功、动态抑制谐波,相比传统无源滤波器,其谐波治理效果较好。本文以并联型三相三线制有源电力滤波器为研究对象,在分析其拓扑结构和工作原理的基础上,着重研究了影响有源电力滤波器性能的两个关键技术:谐波电流检测技术和谐波电流跟踪控制技术。谐波电流检测方面:针对应用较为广泛且以瞬时无功功率理论为基础的ip-iq谐波检测法中低通滤波器存在滤波精度低、延时性大的缺点,本文引入自适应分析理论,构造自适应滤波器取代低通滤波器,以弥补ip-iq谐波检测法的不足。谐波电流跟踪控制方面:通过建立三相三线制有源电力滤波器在abc坐标系和dq坐标系下的数学模型,分析可知在dq坐标系下有源电力滤波器是一个dq轴存在耦合分量的非线性系统,控制过程中需要解耦和线性化处理,增加了控制的难度。为此,本文采用αβ静止坐标系统,通过独立的子系统来设计滑模变结构控制器,以提高谐波电流的控制精度。然后采用饱和函数代替符号函数的控制律,用来达到削弱抖振的效果。在Matlab仿真软件中搭建有源电力滤波器的整体仿真模型。讨论不同模态下电网电流的不同形式。仿真结果表明控制算法其补偿谐波的有效性。结合实验系统,以DSP为有源电力滤波器的控制核心,并对实验系统进行硬件和软件的设计,实验结果验证了有源电力滤波器谐波检测与跟踪控制技术理论的正确性。
钟琪[6]2009年在《先进控制算法及其在有源电力滤波器中的应用研究》文中进行了进一步梳理电力电子设备的大量使用使得谐波污染问题日益严重,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(Active Power Filter-APF)能够对频率和幅值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,有很好的滤波特性,在治理电网谐波污染方面发挥着重要作用。本文以三相并联型有源电力滤波器为研究对象,首先针对传统的基于瞬时无功功率理论谐波电流检测法进行了理论分析与仿真研究,由于瞬时无功方法存在的一些不足,本文对基于自适应线性神经网络检测法和FFT数字分析检测法进行了理论分析,在此基础上,对这两种方法进行了仿真研究。仿真结果表明这两种方法具有很好的实时性和较好的检测精度,检测方法算法简单并且易于调整和实现。由于有源电力滤波器是非线性、强耦合的复杂系统,难以建立精确的数学模型,因而使得先进控制技术在有源电力滤波器中的应用具有很大的潜力。本文基于先进控制策略设计出高阶微分反馈控制器(High Order Differentiator FeedbackController-HODFC)、模糊神经网络控制器(Fuzzy Neural Network Controller-FNNC)和滑模变结构控制器(Sliding Mode Variable Structure Control-SMVSC),并将这三种控制器分别应用于有源电力滤波器直流侧电压控制系统中,仿真结果表明,与传统PI控制方法相比,这三种先进控制方法对谐波电流抑制和维持直流侧电压稳定都起到了很好的控制效果,在APF的控制中具有可行性和有效性。因此,将先进控制技术应用于有源电力滤波器,能够提高有源电力滤波器的补偿性能。本文以DSP芯片TMS320LF2407作为控制核心,提出了有源电力滤波器数字化控制系统的设计方案,并且对整个控制系统的硬件电路和软件控制流程进行了设计。
杨覆岳[7]2011年在《有源电力滤波器的非线性控制策略研究》文中研究表明随着工业的发展,电力电子装置广泛的应用,非线性负荷大量增加,电网污染越来越严重,电能质量严重下降。治理电网谐波污染的一个有效手段是,利用有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)进行电力系统谐波抑制。APF的工作原理是,指令电流检测电路对补偿对象的电压和电流进行检测,得到反向的补偿电流指令信号,该信号经电流跟踪控制电路得出补偿电流,补偿电流与负载电流中的谐波电流抵消,从而达到抑制谐波和补偿无功的目的。有源电力滤波器具有响应快、补偿效果好和能够实现动态补偿的优点。因此,APF得到了广泛且深入的研究和应用。本文首先对电网中的电能质量问题进行说明,然后简要介绍有源滤波技术的发展和现状。接着,针对影响APF补偿效果的两个重要环节——检测和控制方法,进行较为详细的研究和探讨。在检测方面,对当前谐波检测的各类方法进行介绍和比较,并对d-q检测法进行仿真研究,以验证其有效性。在控制方法上,对APF的数学模型进行详细的推导和分析。在d-q坐标系下,APF的数学模型是一个耦合的非线性系统,针对该系统,本文采用两种方法来设计控制器,一种是采用PI调节的前馈解耦控制方法,另一种是基于状态反馈精确线性化的变结构控制方法。针对状态反馈精确线性化解耦部分,分别从输出功率和电流作为状态变量的角度对APF的数学模型进行解耦,通过分析比较,本文采用以电流为状态变量结合变结构控制的方法设计控制器。APF直流侧电容电压的稳定是由PI调节来实现的。设计好APF的控制系统后,本文运用MATLAB软件,建立APF的系统仿真模型,进行仿真研究。仿真结果表明,本文所设计的控制策略能够使APF实现其功能,并达到很好的控制效果,可以为设计APF控制系统提供一种新的思路。
张闯[8]2012年在《基于滑模控制的改进型直流侧串联型有源电力滤波器研究》文中进行了进一步梳理随着非线性负载的增多，电网中谐波含量明显增高，谐波污染问题日益严重。在众多谐波污染源中，以整流类谐波源的增长速度最快，并引起人们的重视。针对此类谐波，有学者提出了直流侧有源电力滤波器的治理办法，和交流侧有源电力滤波器相比较，这类有源电力滤波器具有结构简单、成本低等优点；其中由于直流侧串联型有源电力滤波器对容性谐波源的补偿效果明显优于直流侧并联型，逐渐成为了研究的热点。基于此，本文针对直流侧串联型有源电力滤波器的一些相关问题展开研究，主要研究内容如下：首先，由于传统直流侧串联型有源电力滤波器对输出电压的调控无能为力，输出电压只与电源电压有效值有关；且它的两个有源开关管工作在不同频率下，需要两个单独的控制电路，控制电路复杂。针对传统DC侧APF存在的上述问题，提出一种改进型拓扑，分析了该拓扑的工作原理，推导了其控制方程；采用滞环控制，搭建其仿真模型，通过理论分析和仿真研究，验证改进型DC侧串联型APF对输出电压的调节能力和良好的工作性能。第二，在建立了改进型拓扑和传统拓扑的滞环控制模型的基础上，对其控制电路及主电路工作特性分别进行了比较分析，并推导了二者开关利用率的计算公式，对它们的开关利用率进行了比较研究，验证改进型拓扑的优越性。第三，阐述了滑模控制的基本原理及该控制技术的特点，并以Buck电路为例，建立了它的滑模控制模型，通过计算机仿真验证了滑模控制技术抗扰动能力，得到了很好的仿真结果。第四，将滑模控制应用到该改进型APF中，建立了降阶的滑模函数，选择了合适的控制律，分析了该滑模面存在性和可达性的条件；并利用等效控制原理，将该非线性控制模型转换为线性化模型，得到控制系统稳定的条件，然后求出了滑模系数的取值范围；最后搭建仿真模型进行仿真研究，对稳态输出、输入电压扰动、输出负载扰动情况进行了仿真分析，结果表明该控制策略的有效性及该控制策略较好抗扰动能力和较快的反应速度。最后，在仿真的基础上，对该改进型拓扑进行实验验证，设计了相应的实验样机，并对主电路的平波电感、储能电容、续流电感参数进行了设计；对控制系统的采样单元、滞环控制单元、驱动单元进行了设计；焊接、调试电路得出实验结果，对实验结果进行了理论分析，进一步验证了所提出拓扑的可行性。
毛晓英[9]2004年在《并联混合型有源电力滤波器抑制谐波谐振方法研究》文中提出近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉等负荷不断增加。这些负荷的非线性，使得电力系统中谐波所造成的危害也日趋严重，给供电质量造成了严重干扰。有源电力滤波器作为一项抑制谐波的有效措施，被广泛地研究和应用。 本文从谐波抑制出发，提出了一种并联混合型有源电力滤波装置，并详细研究了谐波检测理论、控制策略等问题。本文的主要内容有： 1．采用了一种新型混合型有源滤波器的结构，它由LC无源滤波器和有源电力滤波器(APF)共同组成。用LC无源滤波器补偿绝大部分谐波，APF起到遗失补缺的作用并有效地抑制了谐波谐振。由于APF不承受基本电压，因此，APF所需的容量非常小。 2．分析了LC无源滤波系统电流放大问题，讨论了LC无源滤波系统发生谐振的条件以及对谐振电路进行了详细讨沦；并对LC无源滤波系统导致电流放大问题进行了仿真研究。 3．在瞬时无功功率理论的基础上，介绍了两种谐波电流检测方法，并对这两种谐波电流检测方法作了比较。 4．介绍了变结构控制的基本问题，结合变结构控制技术，提出了一种新的控制策略：学习变结构控制策略(LVSC)，对该控制策略系统结构进行了简单分析。 5．在学习变结构控制策略的基础上，根据混合型有源电力滤波器的特点，控制策略采用重复学习Boost变换控制，对该控制策略应用于混合型APF进行了详细分析，并推导了该控制策略的收敛特性。 6．完成了整个系统的仿真试验。
张慧岳[10]2018年在《电力有源滤波器快速跟踪算法的研究》文中进行了进一步梳理随着电力需求的不断扩展,大量非线性负载被应用。这就导致大量谐波和无功电流被注入电网,威胁着设备的安全和稳定运行,也干扰日常的生活。本文将研究一种电力有源滤波器快速跟踪算法,将本算法应用于电力有源滤波器(Active Power Filter,APF)中,可解决谐波及无功电流污染的问题。本文基于时下最通行的三相三线制两电平电力有源滤波器电路拓扑结构为电路模型,对其谐波电流快速跟踪策略提出创新性方案。本文将对智能控制与工业控制的混合电流跟踪控制策略、电力有源滤波器电路设计及参数优化设计和软件开发等关键技术进行深入分析。本文第一章从介绍谐波的危害开始,给出了谐波抑制和无功补偿的定义并介绍了各种补偿设备的原理以及国家标准,本章最后还简述了电力有源滤波器的研究现状。本文第二章对电力有源滤波器的基本原理、不同的电路拓扑结构和优缺点进行了分析。研究电力有源滤波器的原理和主电路的拓扑结构是对于之后各章节研究的前提;此章还介绍了谐波是如何产生的并给予具体的数学表达,简述了传统的功率理论和瞬时功率理论两种检测方法。并对这两种的方法的承接关系和优劣进行了具体的分析。第三章对一种人工智能与工控的混合算法和三种传统算法进行了深入的分析及数学建模,还介绍了直流母线的控制原理和SVPWM脉宽调制。第四章以MATLAB仿真的方式验证了采用多种谐波抑制控制方法对谐波电流抑制的效果,直观的证明了 RBF神经滑模控制策略的可行性与优越性。第五章介绍了电力有源滤波器试验样机的重要硬件.设计,重点介绍了采样及调理电路、模数转换电路、稳压电路等几个方面的电路设计。第六章本章主要介绍了电力有源滤波器设计中的软件设计部分,包括主程序流程、锁相环模块、外部采集模块、坐标变换模块、电压环控制模块、均值滤波模块、系统故障检测及保护模块和数字低通滤波模块。第七章是对于本研究的总结和展望。
参考文献：
[1]. 有源电力滤波器的变结构控制策略研究[D]. 钟金亮. 浙江大学. 1998
[2]. 混合型有源电力滤波器的研究[D]. 蒋辉平. 湖南大学. 2007
[3]. 三相四线制有源电力滤波器滑模变结构控制的研究[D]. 陈聪. 东北石油大学. 2013
[4]. 一种新型滑模控制并联有源电力滤波器的研究[D]. 桑杰. 江南大学. 2016
[5]. 有源电力滤波器谐波检测与控制策略研究[D]. 郜亚洲. 江南大学. 2015
[6]. 先进控制算法及其在有源电力滤波器中的应用研究[D]. 钟琪. 天津科技大学. 2009
[7]. 有源电力滤波器的非线性控制策略研究[D]. 杨覆岳. 西南交通大学. 2011
[8]. 基于滑模控制的改进型直流侧串联型有源电力滤波器研究[D]. 张闯. 重庆大学. 2012
[9]. 并联混合型有源电力滤波器抑制谐波谐振方法研究[D]. 毛晓英. 武汉大学. 2004
[10]. 电力有源滤波器快速跟踪算法的研究[D]. 张慧岳. 北方工业大学. 2018
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