并联型有源电力滤波器的电流数字控制

分类号学号2003611310061学校代码10487密级硕士学位论文并联型有源电力滤波器的电流数字控制技术学位申请人：方昕学科专业：电力电子与电力传动指导教师：康勇教授戴珂副教授答辩日期：AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringTheDigitalControlonCurrentofParallelActivePowerFilterCandidate:FangXinMajor:PowerElectronicsandElectricDriveSupervisor:Prof.KangYongViceProf.DaiKeHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,HubeiP.R.China430074April,2006独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日I摘要电力电子技术为工业设备提供了高速、高效和节能的控制手段，但同时也给电网注入了不可忽视的无功以及谐波电流。在众多谐波抑制和无功功率补偿技术中，以有源电力滤波器的应用最为广泛。本文在研制一台三相三线制并联型有源电力滤波器的基础上，对其谐波指令的产生、滞环比较控制进行了介绍和初步的分析。重点对电流环的数字控制方式，包括数字PI调节器的设计、重复控制器的应用做出了比较详细的分析。本文首先给出了三相三线制并联型有源电力滤波器的系统构成以及工作原理。详细地介绍了瞬时无功功率理论，选择检测负载电流的方式以提取谐波。提出了用滑窗迭代作为低通滤波的数字算法，以快速分离负载电流中的基波分量得到谐波指令。在有源电力滤波器的电路结构上建立了数学模型，分析了并网电感对补偿电流的影响。对电流滞环控制的方式进行了介绍和仿真，分析了传统滞环的不足并介绍了两种改进方法。以全数字控制为重点，本文提出了有源电力滤波器的电流PWM载波控制方式,建立了交流侧带RC滤波器的对象模型。分析了PI参数对系统性能的影响，指出了纯PI调节器在有源滤波中的局限性。进而提出了在数字电流环中引入重复控制技术以提高系统的稳态性能，给出了重复控制器各个环节的设计过程。并建立了重复控制器与PI调节器并联的系统模型，给出了相应的仿真。最后本文通过实际系统的各种实验对所论述的内容进行了验证，并对结果进行了相关分析，实验结果证明了这种数字控制方式的有效性。关键词：谐波抑制无功功率补偿有源电力滤波器瞬时无功功率滞环控制数字PI调节器重复控制技术IIAbstractBeingthefast,potent,andeconomicalcontrolmeanstoindustrialdevices,powerelectronics,however,havealsodeterioratedpowerqualitybyinjectingthenon-negligibleharmonicsandreactivecurrenttothenetwork.Amongthosetechnologiesinharmonicsuppressionandreactivecompensation,theactivepowerfilter(APF)isthemostfamousone.Thisthesis,firstofall,hasintroducedtheharmonicreferencegenerationofAPFandthetypicalhysteresiscontrolbasedonthedesignandrealizationofthethree-phasethree-wireparallelAPF,andthenchosendigitalcontrolasitscentrecontentwithdetailedanalysisonPIconditionerandrepetitivecontrol.Firstly,thisthesishaspresentedthesystemstructureandoperationprinciplesofthree-phasethree-wireparallelAPF.Specifiedintroductionsoftheinstantaneousreactivepowertheoryaregiven,andaslidingwindowrecursivemethodasthelowpassfilterisproposedwhichissupposedtodepartthefundamentalcurrentfromtheloadandgettheharmonicreference.Theinfluenceonthecompensationcurrent,causedbytheinductanceconnectingtothenetwork,isgiveninthisthesisaftertheestablishmentofmathematicmodelofAPF.Typicalhysteresiscontroloncurrentisintroducedanditssimulationresultshavedepicteditscompensationcharacteristics,whicharefollowedbytwoimprovedmethodsinbriefastoovercometheinnerdeficienciesoftraditionalhysteresiscontrol.Takingthedigitalcontrolasitscentrecontent,thisthesishasproposedaPWMcontrolwayoncurrent.ThecontrolplantwithaRCfilterplacedontheACsideofAPFisestablished.What’smore,thethesishasanalyzedhowPIparametersaffectthesystemofAPFandpointedoutthelimitationofsimplePIconditionerinactivefiltering.InordertoachievebettercharacteristicsinthesteadystateofAPF,thisthesishasproposedawayofaddingtherepetitivecontroltechnologytothedigitalcurrentloop.Detailedproceduresofdesigningeveryblockoftherepetitivecontrolleraregiven,andthesimulationmodelofanimprovedcurrentcontrollerwithPIconditionerandrepetitivecontrollerworkinginparallelispresentedinthisthesis.Thesimulationresultsareprovidedafterthat.IIIIntheend,experimentshavebeencarriedoutindifferentconditionswhicharediscussedinthisthesis,andtheirresultshaveprovedtheeffectivenessofthisdigitalcontrolmethod.Keywords:harmonicsuppressionreactivepowercompensationactivepowerfilterinstantaneousreactivepowerhysteresiscontroldigitalPIconditionerrepetitivecontrolIV目录摘要....................................................................................................................IAbstract..............................................................................................................II1绪论.............................................................................................................11.1电力电子技术概述....................................................................................11.2有源电力滤波器(APF)简介......................................................................31.3本文主要研究内容....................................................................................82并联型APF的工作原理和谐波检测方法..............................................102.1并联型APF的基本原理.........................................................................102.2谐波检测位置及其相应控制..................................................................122.3谐波指令的提取与瞬时无功功率理论..................................................152.4低通滤波器与滑窗迭代法......................................................................202.5本章小结..................................................................................................233并联型APF的滞环控制方式..................................................................253.1并联型APF的电路结构和数学模型.....................................................253.2并联型APF的滞环比较控制分析..................