硕士论文-直流侧有源电力谐波与无功补偿装置研究与设计

中山大学硕士学位论文直流侧有源电力谐波与无功补偿装置研究与设计姓名：赵曦申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：姜孝华20060605直流侧有源电力谐波与无功补偿装置研究与设计作者：赵曦学位授予单位：中山大学相似文献(10条)1.期刊论文陆治国.叶雪辉上升沿调制的单周控制直流侧APF的研究-电气应用2008,27(3)单周控制直流侧有源电力滤波器不需要检测负载电流、不需要计算负载电流的谐波和无功分量、不需要乘法器,具有主电路结构新颖、控制电路简单以及补偿效果好等优点.在深入分析单周控制直流侧APF的基础上,提出了一种上升沿调制的单周控制直流侧APF,相比较传统的下降沿调制单周控制直流侧APF,控制电路更为简单,仿真结果验证了理论分析的正确性.2.学位论文杜雄单周控制直流侧有源电力滤波器的研究2002该文以单周控制DC侧APF为题,对单周控制DC侧APF的工作原理和运行机理进行了详细的理论分析和实验研究.首先,推导了DC侧APF的单周控制方程,进行了仿真分析,并对其补偿性能与负载大小之间的关系进行了仿真研究.研究发现:负载较小时,系统的补偿性能变差.针对此问题,提出了一种改进的单周控制DC侧APF.从理论上对改进前后两种控制方式的单周控制DC侧APF进行了稳态和动态分析,结果表明:改进后的控制方式,不仅提高了系统的补偿性能,而且扩大了系统的稳定性区域.其次,分析了主电路参数对系统补偿性能的影响,推导出了估算主电路参数的公式,为单周控制直流侧有源电力滤波器主电路的设计提供了理论依据.采用所推导的公式,设计并调试了改进前后两种控制方式的实验样机,并用两种不同性质的负载进行了对比试验研究.试验结果与理论分析和仿真结果相吻合.最后,提出一种高频斩波开关电流应力近似计算方法.利用该算法对单相系统三种谐波治理方式(有源电力滤波器、直流侧有源电力滤波器、功率因素校正器)的开关利用率进行了计算和比较.从开关利用率的角度,为不同负载电流畸变率情况下选取何种电路进行谐波补偿,提供了理论依据.3.期刊论文王玉斌.厉吉文.田召广.吕燕.WANGYu-bin.LIJi-wen.TIANZhao-guang.LVYan单周控制直流侧APF的综合分析和设计-电工电能新技术2006,25(4)单周控制理论(OCC)因其控制结构简单,且不需要复杂的数学计算等优点目前已被广泛用于APF的控制.其中直流侧有源电力滤波器并联在整流桥的直流侧,对整流类负载进行谐波治理有很大的技术优势.本文分析了单周控制DC侧APF电路结构和基本原理,给出了主电路的主要参数(电感、直流侧储能电容C)的设计和选取标准.建立了单周控制直流侧APF的大信号模型,在此基础上进行了控制系统中PI调节器设计,将控制系统校正为典型Ⅱ型系统,从而消除了稳态误差、提高了抗扰性能.为直流侧有源电力滤波器的综合设计提供了理论依据.样机试验结果证明了文中理论分析和设计的正确性.4.期刊论文国芳.吕康飞.石超越.李虹.范迪鹏.邓薇.GUOFang.LVKang-fei.SHIChao-yue.LIHong.FANDi-peng.DENGWei基于单周控制的有源滤波器的直流侧电压控制的研究-煤矿机械2010,31(2)电流跟踪控制环节是影响有源滤波器补偿效果的重要环节,为保证有源电力滤波器具有良好的补偿电流跟随性能,必须将变流器直流侧电压控制为一个适当的值.实际系统中直流侧电源一般用电容代替,因此针对单周控制,加入PI调节器控制直流侧电容电压,通过仿真分析,验证了该方案的有效性.5.学位论文郑含博基于单周控制的直流侧串联型有源电力滤波器研究2009随着大量的整流装置等非线性负荷接入电网，随之带来的谐波污染问题日益成为影响电力系统安全和电能质量的重要因素。直流(DC)侧有源电力滤波器(APF)是一种新型谐波治理装置，具有电路结构简单、成本低等优点，用于整流负荷的谐波治理有很大的技术优势，目前的研究主要集中在并联型APF。但是并联型的APF并不是一种理想的补偿装置，尤其是针对整流负荷中占很高比例的电压型谐波源，补偿效果并不好，而串联型APF正好克服了这一缺点，其补偿性能更优越。另外，单周控制技术作为一种通用的非线性控制方法，自从2000年被首次应用于APF的控制中就以其独特的优越性备受关注。目前，对于APF采用单周控制方法的研究，也主要集中在并联型的APF，对于单周控制的串联型APF研究则非常少，而单周控制DC侧串联型APF的研究还没有展开。针对此问题，论文提出将单周控制引入到DC侧串联型APF中，填补这方面的研究空白；将单周控制推广到DC侧串联型APF的三相系统，扩大其应用范围；在对原结构DC侧串联型APF进行了深入研究的基础上，提出了一种改进结构的DC侧串联型APF拓扑。论文首先阐述了单周控制的基本原理，建立了单周控制开关电路的模型并对其开关控制理论进行了深入分析。全面论述了目前单周控制在APF应用中的一些改进的方法及单周控制理论在APF中的应用推广。随后，论文将单周控制方法引入到单相DC侧串联型APF中。在对其主电路工作原理分析的基础上，推导了DC侧串联型APF的单周控制方程，建立了DC侧串联型APF的单周控制模型，设计了APF主电路主要参数和调节器参数的选取标准并进行了深入的仿真研究。在建立了电流型谐波源和电压型谐波源等效模型的基础上，论文讨论了并联型APF和串联型APF对不同性质谐波源的补偿特性，对DC侧串联型APF与DC侧并联型APF进行了仿真比较研究；在建立了单周控制直流侧和交流侧串联型APF模型的基础上，推导了两者补偿容量和开关利用率的计算公式，对它们的补偿容量和开关利用率分别进行了比较研究。针对在大中功率场合应用更广泛的三相整流负荷，提出了基于单周控制的三相DC侧串联型APF。在详细分析其工作原理的基础上，推导了其控制关系，建立了三相三线制单周控制DC侧串联型APF的控制模型，并对该三相DC侧串联型APF进行了仿真研究。最后，论文在深入研究DC侧串联型APF的输出电压与输入电压固有约束关系的基础上，指出了原结构APF对输出电压的调控能力不足，且输出电压较高，提出了一种改进结构的DC侧串联型APF拓扑。详细分析了其工作原理，并结合仿真研究予以验证。关键词：直流侧，整流负荷，串联型APF，单周控制6.期刊论文梅军.郑建勇.胡敏强.丁祖军.陈娟.MEIJun.ZHENGJian-yong.HUMin-qiang.DINGZu-jun.CHENJuan基于单周控制的三相四线制APF直流侧电压控制的分析与研究-电力系统保护与控制2008,36(13)由于电网中各种非线性负载的增加,谐波问题日益严重.有源电力滤波器(APF)是目前进行谐波抑制的一种有效方法,而直流侧电容电压的稳定是APF控制中一个非常重要的环节,直接影响其补偿性能.传统直流侧电压控制方法是PI比例调节法,其中PI的参数难以实时确定.提出一种新的直流侧电压控制方法,即利用单周控制策略控制三相四桥臂换流电路来给APF直流侧提供电压支撑.该方法不但控制电路简单,而且换流电路实现单位功率因数运行,不会对电网带来附加的谐波危害.最后通过MATLAB/SIMULINK仿真软件建立了系统仿真模型,设计了试验样机.通过仿真与试验验证了该方法的稳定性与可靠性.7.期刊论文杜雄.周雒维.谢品芳.周林一种改进的单周控制直流侧有源电力滤波器及其稳态和动态研究-中国电机工程学报2003,23(7)文中提出了一种改进的单周控制直流侧有源电力滤波器(DC侧APF).这种DC侧APF并联在整流桥的直流侧,提供负载需要的谐波电流,使电源电流成为与电源电压同频同相的正弦电流.与传统的单相有源电力滤波器(APF)相比,在不增加开关电压电流应力的情况下,功率开关的数量减少一半,简化了电路结构,降低成本.与传统的两级功率因数校正电路相比,新DC侧APF由于与负载并联,只提供谐波电流,所需处理的功率小、效率更高.新DC侧APF采用改进的单周控制方式,具有结构简单,控制效果好的优点.文中对改进前后2种控制方式的DC侧APF的稳态和动态性能进行了分析,结果表明,改进的控制方式不仅改善了补偿效果,而且扩展了系统的稳定区域.仿真和实验结果证实了理论分析的正确性.8.期刊论文谢品芳.杜雄.周雒维单周控制直流侧单相有源电力滤波器-电工技术学报2003,18(4)提出了一种基于单周控制理论的直流侧有源电力滤波器(DC侧APF).该DC侧APF并联在整流桥的直流侧.文中提出的采用单周控制理论实现的DC侧APF不需要检测负载电流、不需要计算负载电流的谐波和无功分量、不需要乘法器,只需要检测整流桥直流侧的输出电流和APF的储能电容电压.具有主电路结构新颖、控制电路简单,补偿效果好等优点.实验结果验证了文中所提出理论的正确性.9.学位论文陈兵基于矢量模式单周控制三电平有源电力滤波器的研究2008电网谐波对电力系统安全运行以及周围的通讯设备造成了严重的危害，有源电力滤波器(APF)作为抑制谐波最具前景的手段之一，已受到日益重视。目前，在低压小功率领域，APF已渐趋成熟，而在高压大功率领域，对APF的研究正成为当今研究的重点。一个好的电路拓扑再配合优秀的控制策略往往能提高大功率变流器系统的性价比，因此，对大功率APF的拓扑结构及控制技术进行研究具有相当的理论价值和实用意义。多电平变换器作为顺应这一潮流的一种较理想的解决方案，正倍受关注。同时，单周控制技术作为一种新型的非线性控制技术，与传统的APF控制技术相比具有显著优势。所以，将单周控制技术应用于多电平APF中，势必会更加改善APF的补偿性能和效果，并且可以实现APF功率等级的提高。目前，大量文献表明对单周控制在多电平APF中的应用研究主要是基于传统的PWM模式单周控制对三电平APF进行研究。因矢量模式单周控制相比于传统的PWM模式单周控制，开关损耗大大减小，系统工作性能和效率提高。为此，本论文对矢量模式单周控制技术在三电平APF中的应用进行了研究，并着重研究了三电平三相三线制和三相四桥臂APF矢量模式单周控制策略的理论实现、稳态和动态性能、直流侧电容电压控制、参数最优选择、不平衡条件下系统工作原理和性能，以及三电平直流侧APF拓扑结构和单周控制理论实现。针对目前对三电平三相四桥臂APF控制策略的研究甚少，以及已有的矢量模式单周控制策略都无法应用于四桥臂APF结构的问题，本论文提出了矢量模式单周控制在三电平三相四桥臂APF中的应用，解决了矢量模式单周控制无法应用于四桥臂结构的局限性，拓展了矢量模式单周控制策略的应用范围，同时为四桥臂多电平逆变器控制策略的研究提供了基础和平台。在对三相三电平APF数学建模的基础上，提出了一种具有一般性的矢量模式单周控制策略，即以30°区间为基准矢量模式单周控制。通过比较研究得出该控制策略具有两个显著的优越性，一是该控制策略对两电平APF、三电平三相三线制和三相四桥臂APF都适用，具有一般性；二是该控制策略可使三电平APF主电路的每一个开关管在一个工频周期内实现三个60°区间保持恒定导通或关断，开关损耗更为减小。基于所提出的矢量模式单周控制策略，分析了三电平APF直流侧两电容电压平衡问题以及三相电源电压和负载不平衡情况下系统工作原理和性能，给出了直流侧两电容电压能够自动实现平衡的数学证明，得出了两电容电压可自动实现平衡，而无须外加电压平衡控制的结论。通过理论分析推导出了三相电压不平衡时补偿后电源电流与电压之间存在相位差，以及三相负载不平衡时单周控制APF对谐波电流和无功电流实现同时补偿的数学表达式，表达式进一步证明了单周控制APF既补偿了谐波电流又补偿了无功电流这一结论。研究分析了基于单周控制三电平APF关键参数的最优选择，从单周控制理论的角度出发，给出了一种新的APF输出电感值确定方法，通过对电感在一个开关周期内何时承受最大电流及其工作情况进行理论分析，得出了APF输出电感值准确的计算公式。同时给出了直流侧电容值和电压值，以及复位积分器积分时间常数最优选择分析和理论依据。最后，提出了基于单周控制三电平