程保华[1]2010年在《基于滑模控制的有源电力滤波器控制策略研究》文中进行了进一步梳理电网中逆变器和变频调速装置等非线性负荷不断增加,负荷的冲击性和不平衡特性使得电力系统中的电压波形和电流波形发生畸变,严重影响了供电质量。有源滤波器(APF)被广泛研究和应用于抑制谐波污染。电流信号检测与补偿信号控制是有源电力滤波器的重要环节,本文研究的重点在于补偿信号控制部分,滞环,无差拍和叁角载波控制是目前广泛采用的控制方法,但由于有源电力滤波器的非线性本质,上述方法很难在快速性、强鲁棒性和器件开关频率上同时取得较好的控制效果。滑模变结构控制是一种解决上述问题的较好控制策略。滑模变结构控制受系统参数和外部干扰影响小,它可以保证系统渐近稳定,其缺点是在滑模面附近存在抖动。本文一方面采用改进的趋近率滑模控制方法,加快了控制系统响应速度;另一方面引入边界层准滑模控制的概念,边界层以外采用改进的滑模控制,而在边界层以内采用滞环控制,有效的削弱了抖振。本文在分析建立叁相电压源型PWM逆变器D-Q模型的基础上,采用上述改进的滑模控制方法作为电流跟踪控制策略,达到较好的快速性和鲁棒性。在仿真软件MATLAB环境下对改进的滑模控制方法进行仿真,同单独滑模控制和滞环PWM控制策略进行比较,仿真结果表明本并联型有源电力滤波器具有更好的静动态性能。
鞠建永[2]2002年在《基于滑模控制的并联型有源电力滤波器研究》文中认为抑制谐波和补偿无功功率是“绿色电网”、“绿色电力电子技术”的要求，应运而生的有源电力虑波器成为人们的关注焦点和研究热点。由此，本文选择应用较广的并联型有源电力虑波器作为研究课题。补偿电流的检测与电流跟踪控制是有源电力虑波器的两个重要环节，直接影响有源电力虑波器的补偿性能，它们是本文研究的重点。补偿电检测环节，我们选择目前广泛采用、比较成熟的基于瞬时无功功率理论的谐波检测(Ip-Iq)法。然后推导了叁相电压源型PWM变流器的D-Q模型，此模型表明，有源电力虑波器是一个本质非线性系统，在此模型基础上，采用快速性和鲁棒性极佳的滑模控制作为电流跟踪控制策略，详细分析了控制器设计过程。本文同时给出了有源电力虑波器主电路参数选取原则。运用仿真软件Matlab对本控制策略进行仿真，仿真结果表明本并联型有源电力虑波器采用这种滑模控制策略比采用普通PWM控制具有更为优越的的静动态性能。最后，给出了有源电力虑波器需进一步研究的工作及今后发展方向。
田飞燕[3]2017年在《并联型有源电力滤波器的研究》文中研究指明随着电力电子技术的不断发展,各种非线性负载被广泛使用到电网中,使得电网中引入大量谐波电流,造成电网电流波形发生严重畸变,电能质量下降,从而对用电设备的正常工作造成不利的影响。因此,合理有效地抑制和补偿谐波具有重要的现实意义。传统的无源滤波器补偿效果易受电网参数影响,且容易与系统发生谐振放大谐波电流。而有源电力滤波器的补偿特性不受电网阻抗影响,且能够实现动态补偿。有源电力滤波器凭借自身所具有的优势,成为谐波抑制的一个重要趋势,是谐波治理技术的发展方向,尤其是混合型有源电力滤波器的出现,更加拓宽了有源电力滤波器的应用范围,提高了整个系统的性价比。本文以并联型有源电力滤波器为研究对象,旨在研究其电流控制策略,以提高滤波效果;优化并联混合型有源滤波器系统的设计,降低有源部分的容量,为有源滤波技术的实用化奠定基础。本文建立了并联型有源电力滤波器的数学模型,基于此拓扑结构,采用基于瞬时无功功率理论的d-q谐波检测方法进行谐波电流检测,设计了电压外环电流内环的PI双闭环控制系统,并通过系统仿真和实验进行了验证。结果表明,基于PI控制的双闭环控制系统在对谐波电流进行跟踪控制时受增益和带宽限制,补偿效果不理想。针对单独的PI控制器存在补偿能力有限、补偿效果不理想的问题,研究了基于PI控制和重复控制相结合的复合电流控制策略,并在该复合控制方式下对系统的稳态性能和动态性能进行了仿真和实验。仿真和实验结果表明,复合电流控制提高了系统的稳态补偿精度,电网电流THD明显减小,解决了单独PI控制作用时稳态精度不高的问题,但是其动态响应速度较慢。为此,研究了滑模变结构控制策略,设计了有源电力滤波器的滑模控制器,并进行了仿真和实验验证。结果表明,滑模变结构控制的动态响应速度快,鲁棒性强。为了解决有源电力滤波器在工业应用中受到电压等级和容量较小的问题,研究了并联混合型有源电力滤波器。建立了混合型有源电力滤波器的数学模型,并分析其在不同控制方式下的滤波特性;对混合型有源电力滤波器的电流控制方法进行了研究,详细推导了PI控制器的设计过程,并通过频率特性和仿真结果分析了其滤波效果;为了提高系统的稳态补偿精度,研究一种基于重复控制的电流双闭环控制策略,并通过仿真和实验对此控制策略进行了验证。结果表明,基于重复控制的电流双闭环控制策略提高了系统的稳态补偿精度,满足了谐波抑制的标准要求;混合型有源电力滤波器在很大程度上降低了有源电力滤波器的容量,适用于补偿高电压、大容量的场合。
周志强[4]2008年在《单周控制技术研究及其在有源电力滤波器中的应用》文中研究说明随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域,产生了大量的电网谐波,因此,解决电网谐波污染已成为电力电子学科的重要研究课题。有源电力滤波器(APF)作为一种抑制谐波的新型设备,它通过向电网中注入一个与负载谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流,来消除负载谐波电流对电网的污染。因此,有源电力滤波器得到了广泛的研究,并开始进入工业应用阶段。单周控制理论最早是由美国学者Keyue M.Smedley和Slobodan Cuk提出的。这种控制方法是一种通用型非线性大信号控制方法,特别适合于开关电路的控制。与其它现有的PWM控制方法相比较,单周控制方法具有响应快,抑制电源干扰和控制电路简单等特点。因此将单周控制应用到有源电力滤波器中,为有源电力滤波器控制方法提供了一条新的途径。本文对现有的有源电力滤波器的各种主电路拓扑、畸变电流检测和电流补偿控制方法进行了分析,并在此基础上将单周控制技术应用于有源电力滤波器中,随后,对多种型式的有源电力滤波器建立了相应的单周控制模型,并进行了仿真研究。本文在全面分析单相、叁相叁线、叁线四线制有源电力滤波器的单周控制研究成果的基础上,分别对不同相数并联型和串联型的有源滤波器的单周控制问题进行了详细地讨论。通过理论分析分别导出了有源电力滤波器的单周控制数学关系,建立了单周控制模型,并对其进行了仿真分析。仿真结果验证了理论分析的正确性和可行性。本文在分析总结前人科研成果的基础上,首次把单周控制技术应用到四桥臂叁相四线制串联型有源电力滤波器中,通过分析了四桥臂叁相四线制有源电力滤波器平均等效电路,推导出其控制方程,建立了四桥臂叁相四线制串联型有源电力滤波器的单周控制模型,并对其进行了仿真研究。仿真结果表明:单周控制叁相四线制串联型有源电力滤波器能有效地实时补偿非线性负载产生的谐波、无功电流和零线电流,具有较好的补偿效果。
黎群辉[5]2007年在《基于DSP的单相并联型有源电力滤波器研究》文中研究说明在现代电力系统中,随着各种非线性电力电子装置的大量应用,电能质量不断受到关注。这些装置向电力系统中注入谐波,使电网中的谐波污染日益严重,电能传输质量恶化。因此,解决谐波问题,变得日益重要。传统的谐波抑制方法是采用无源滤波器,但它存在许多缺陷,例如:滤波特性受系统参数的影响较大,只能消除特定的几次谐波,可能与系统产生并联谐振,谐波电流增加导致滤波器负荷过重等,使得谐波抑制效果受到影响。本文论述了一种新型、高效的基于DSP(数字信号处理器)控制的单相有源电力滤波器。系统采用瞬时无功功率理论和自适应噪声对消技术的人工神经网络来检测和分离出谐波和无功电流,通过脉冲宽度调制(PWM)的变流器技术来消除非线性负载引起的谐波。论文首先介绍了单相有源电力滤波器的基本原理,然后论述了主要硬件结构的设计,对所使用的数字信号处理器TMS320F240 DSP芯片的特性也进行了阐述。分析了基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q检测法,采用了FIR(有限冲击响应)型的数字低通滤波器来实现滤波。对PWM变流器中的滞环电流控制策略也进行了论述。文章最后通过MATLAB仿真,证明了该单相并联型有源电力滤波器设计方案的可行性。
周怡[6]2013年在《基于滑模控制并联有源滤波器的研究》文中指出随着电力电子技术的快速发展，各种非线性负载和功率开关器件得到了广泛的应用，电力系统的谐波污染日益严重，电能质量受到严重的影响。有源电力滤波器是目前治理谐波效果最好的新型电力电子装置，相较于传统的无源滤波器，有源滤波器具有快速、灵活、补偿效果好的特点。研究有源电力滤波器对提高电能质量具有重要的意义。本文首先简要说明了有源电力滤波器的拓扑结构和补偿原理。叁相四桥臂主电路比叁相叁桥臂主电路增加了一个桥臂，处理中线电流的能力增强，因此叁相四线制系统中通常选择叁相四桥臂有源滤波器进行谐波补偿。本文介绍了一种适用于叁相四线制系统的新型谐波电流检测算法。在基于同步旋转d-q-0坐标系中，运用小波分析的方法构建小波滤波器，取代了传统的低通滤波器。该方法可以在电网电压畸变的状况下使用，且锁相环的相位误差不会影响最终测量结果。在谐波检测算法中，还融入了对直流侧电压稳定的控制。在介绍了基于逆系统的有源滤波器的滑模控制方法之前，本文建立了叁相四线制有源滤波器在a-b-c坐标系下和d-q-0坐标系下的数学模型。在d-q-0坐标系下，有源滤波器的数学模型是一个耦合的非线性系统。用逆系统方法将原系统线性化解耦，构造出伪线性系统。然后采用指数趋近律结合饱和函数设计了伪线性系统的控制律，使滑模控制的动态响应更迅速，并能削弱抖振。在仿真软件Matlab环境下对改进的滑模控制方法进行仿真，同滞环控制策略进行比较，仿真结果表明本并联型有源电力滤波器具有更好的谐波补偿性能。本文介绍主电路硬件参数的选型和基于DSP TMS320F2407的有源滤波实验平台。
曹金梅[7]2009年在《基于i_p-i_q谐波检测法的并联型有源电力滤波器的研究》文中研究指明随着电力电子技术的发展,各种电力电子装置在电力系统中的应用越来越广泛,由此带来的谐波问题也日益严重,对电力系统安全、稳定、经济运行带来了极大的威胁。电力电子装置所引起的谐波电流对电力系统的危害引起了人们越来越多的重视,用有源电力滤波器抑制谐波已经成为电力电子技术中的一个重大研究课题。本文首先介绍了有源电力滤波器的国内外研究现状,详细阐述了并联型有源电力滤波器的工作原理,并对现有谐波检测方法、控制技术进行了深入的分析。确定了基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q检测法作为本文的谐波电流检测方法。同时针对滞环比较控制中滞环宽度固定的缺点,提出了一种开关频率受限的定时控制的瞬时值比较方法,经分析可知该方法可以避免器件开关频率过高的情况发生。其次,为了验证检测和控制方法的正确性,利用Matlab/Simulink提供的电力系统仿真工具箱对并联型有源电力滤波器进行了建模和仿真研究。在仿真的基础上完成了以TMS320F2812为控制核心的并联型有源电力滤波器装置的硬件及软件设计,并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,最后,在实验室环境下进行了谐波电流检测部分的实验研究。仿真结果表明,所提出的定时控制的瞬时值比较方法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。实验结果验证了基于DSP的谐波电流检测系统的硬件和软件设计合理有效,它可以实现对谐波电流实时准确的检测,为有源电力滤波器的实际工程应用提供了理论依据和实验依据。
蒋辉平[8]2007年在《混合型有源电力滤波器的研究》文中研究表明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。
钟琪[9]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》文中指出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。本文以叁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),并将这叁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,这叁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。
公伟勇[10]2011年在《基于双DSP控制系统的叁相并联型有源电力滤波器研究》文中研究表明电力电子设备的广泛运用使电网中的谐波污染越来越严重,大量谐波电流的存在对电力系统安全、稳定、经济运行是一个严峻的挑战。有源电力滤波器(Active Power Filter)是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置,它能够很好的克服无源滤波器体积大、易与电网发生谐振的缺点,是目前电力系统中使用较为广泛的一种谐波补偿装置。本论文重点研究了目前工程实践中使用最多的叁相叁桥臂电压型有源电力滤波器,首先严格推导了叁相叁桥臂电压型有源电力滤波器在静止a-b-c坐标系下的数学模型,为了便于设计控制系统,本文将静止a-b-c坐标系下的数学模型同步转换到d-q坐标系,得到基于d-q坐标系下的数学模型。其次,在简单介绍基于瞬时无功功率理论的p-q谐波电流检测法和i p ? iq谐波电流检测法的基础上,指出两种传统谐波电流检测法在叁相电压不对称或者发生畸变时存在检测误差。针对这一情况,给出了一种基于瞬时无功功率理论的改进型谐波电流检测方法,它能够很好的克服由叁相电网电压不对称或者畸变带来的影响,准确检测出谐波源负载电流中的基波正序有功电流分量、基波正序无功电流分量和谐波电流分量。通过MATLAB仿真软件对改进型谐波电流检测方法和i p ? iq谐波电流检测法进行了仿真比较研究,仿真结果证实了改进型谐波电流检测方法的正确性。鉴于叁相叁桥臂电压型有源电力滤波器是一个高度耦合的非线性系统,对其在旋转d-q坐标系下的数学模型进行了解耦,同时考虑到电网电压波动对有源电力滤波器的影响,本论文构建了基于电网电压前馈解耦的双闭环数字PI控制策略,并对电压外环和电流内环的PI控制参数进行了详细的数学计算。利用MATLAB/simulink仿真软件对控制算法进行了仿真研究,仿真结果表明控制策略的正确性和有效性。最后,详细设计了叁相电压型有源电力滤波器的硬件电路和软件流程图,利用双DSP控制系统搭建了一台额定补偿电流为5A的有源电力滤波器实验装置,并进行整机调试。实验结果表明,本文所研制的有源电力滤波器能够很好地补偿谐波和无功电流,也证明了改进的谐波检测算法的正确性和基于电压前馈解耦双闭环控制策略的有效性。
参考文献：
[1]. 基于滑模控制的有源电力滤波器控制策略研究[D]. 程保华. 天津大学. 2010
[2]. 基于滑模控制的并联型有源电力滤波器研究[D]. 鞠建永. 合肥工业大学. 2002
[3]. 并联型有源电力滤波器的研究[D]. 田飞燕. 太原理工大学. 2017
[4]. 单周控制技术研究及其在有源电力滤波器中的应用[D]. 周志强. 南昌大学. 2008
[5]. 基于DSP的单相并联型有源电力滤波器研究[D]. 黎群辉. 中南大学. 2007
[6]. 基于滑模控制并联有源滤波器的研究[D]. 周怡. 江南大学. 2013
[7]. 基于i_p-i_q谐波检测法的并联型有源电力滤波器的研究[D]. 曹金梅. 哈尔滨理工大学. 2009
[8]. 混合型有源电力滤波器的研究[D]. 蒋辉平. 湖南大学. 2007
[9]. 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
[10]. 基于双DSP控制系统的叁相并联型有源电力滤波器研究[D]. 公伟勇. 华南理工大学. 2011
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