有源电力滤波器

分类号密级UDC编号CENTRALSOUTHUNIVERSITY硕士学位论文论文题目并联型有源电力滤波器的研究与设计学科、专业控制科学与工程研究生姓名伍海军导师姓名及专业技术职务申群太教授原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：导师签名日期：年月日I摘要随着电力电子装置的广泛使用，电网谐波污染越来越严重，而用户对电能质量的要求越来越高，因此，谐波治理已经成为电力领域主要研究和急需解决的问题。有源电力滤波器（APF）以其优越的补偿性能，在综合治理“电网污染”方面是最有效和最具有发展前景的，而其中并联型有源电力滤波器（APF）应用最广泛。论文首先详细介绍了有源电力滤波器的基本原理、研究现状及其发展趋势，并介绍了有源电力滤波器的分类，重点分析了三相三线制并联型APF的主电路拓扑结构及其数学模型的建立。然后详细分析了基于瞬时无功功率理论的pq−运算检测方法与改进的pqii−运算检测方法的两种谐波检测方法并进行了对比研究，对低通滤波器的设计和系统延时补偿进行了研究，通过对改进的pqii−运算检测方法的仿真研究，验证了该方法在不同情况下对谐波电流检测的可行性和正确性。针对谐波补偿中模糊自整定的递推积分PI控制和滞环电流控制各自的优缺点，提出了模糊自整定的递推积分PI控制和滞环电流控制的复合控制方法，其中滞环电流控制用来提高系统的动态响应速度，而模糊自整定的递推积分PI控制则是用来保证系统的静态精度。并且为了保证有源电力滤波器直流侧电压的稳定，本文采用PI控制器来控制直流侧的电压，并通过matlab仿真研究，验证了复合控制算法既具有动态响应速度快又具有无稳态误差的特点，实现了无差控制。最后设计了基于TMS320F2812数字信号处理器的有源电力滤波器控制系统，并对其硬件和软件设计进行了详细论述。关键词：谐波补偿，有源电力滤波器，电流检测，模糊自整定PI控制，滞环电流控制IIABSTRACTWiththewidespreaduseofpowerelectronicdevices,gridharmonicpollutionbecomemoreandmoreserious,buthighpowerqualityhasbecomeincreasinglydemandingforusers.Therefore,harmonicwavemanagementhasbecomeamajorresearchfieldandaurgentproblem.Activepowerfilter(APF)withitssuperiorcompensationperformanceisthemosteffectiveandpromisinginthecomprehensivemanagementofgridpollution,inwhichshuntactivepowerfilter(APF)isthemostwidelyused.ThisPaperfirstintroducesthebasicprincipleofactivepowerfilter,currentresearchsituationanddevelopmenttrends,anddescribestheclassificationofactivepowerfilters,theemphasisistoanalyzethemaincircuittopologyanditsmathematicalmodelestablishedofthethree-wirethree-wireshuntAPF.Then,thispaperhasadetailedanalysisofp-qcomputationaldetectionmethodbasedontheinstantaneousreactivepowertheoryandimprovedip-iqcomputationaldetectionofharmonicdetectionmethod,andstudiesthetwomethodscomparatively,andlow-passfilterdesignandsystemdelaycompensationhasbeenstudied.ThroughthesimulationstudyfortheImprovedcomputingdetectionmethod,itverifiesthatthemethodisfeasibleandcorrect.todetecttheharmoniccurrentindifferentsituations.Fortheirownadvantagesanddisadvantagesofself-adaptivefuzzyrecursiveintegralPIcontrolandhystereticcurrentcontrolinharmoniccompensation,thispaperraisesacombinedcontrolmethodthatincludesafuzzyself-adaptiverecursiveintegralPIcontrolandhysteresiscurrentcontrol,inwhichhystereticcurrentcontrolisusedtoimprovethedynamicresponsespeedofsystemandtheself-adaptivefuzzyrecursivePIcontrolisusedtoensurethatthestaticaccuracy.InordertoensurethestabilityofDCvoltageinactivepowerfilter,weusethePIcontrollertocontroltheDCvoltage,andthroughthesimulationofmatlab,itverifiesthatthecombinedcontrolalgorithmhasfastresponsetimewithnosteady-stateerrorcharacteristics,realizingno-errorcontrol.IIIFinally,thispaperdesignstheactivepowerfiltercontrolsystembasedontheTMS320F2812digitalsignalprocessor,anditshardwareandsoftwaredesignarediscussedindetail.KEYWORDS:Harmonicscompensation,activepowerfilter,currentdetection,Fuzzyself-adaptivePIcontrol,hystereticcurrentcontrolIV目录摘要...............................................................IABSTRACT...........................................................II第一章绪论........................................................11.1课题研究的背景概述..........................................11.2谐波的危害和治理意义........................................21.3谐波治理的措施..............................................31.4有源滤波技术的研究现状和发展趋势............................41.5本文的主要研究内容..........................................5第二章有源电力滤波器的基本原理及拓扑结构研究......................72.1有源电力滤波器的基本原理....................................72.2有源电力滤波器的分类........................................82.2.1按应用场合的不同分类...................................92.2.2按变流器直流侧储能元件的不同分类.......................92.2.3按供电方式的不同分类..................................102.2.4按与电网的接入方式的不同分类..........................112.3并联型有源电力滤波器的主电路结构的研究.....................152.3.1并联型有源电力滤波器主电路的数学模型..................152.3.2LCL滤波器的特性分析.................................162.3.2LCL滤波器的设计.....................................182.4本章小结...................................................19第三章有源电力滤波器的谐波电流检测方法研究.......................203.1谐波电流检测方法的研究现状.................................203.2采用瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法.....................213.2.1三相瞬时无功功率的基本理论............................213.2.2pq−运算检测方式....................................243.2.3改进的pqii−运算检测方式..............................253.2.3pq−运算检测方法与改进的pqii−运算检测方法的比较......273.3低通滤波器（LPF）的设计...................................283.4延迟时间的分析.............................................303.5仿真结果分析...............................................313.6本章小结...................................................34第四章有源电力滤波器的控制策略研究及仿真分析.....................354.1有源电力滤波器（APF）控制的研究现状概述...................35V4.1.1并联型APF控制方式的比较.............................364.1.2有源电力滤波器的补偿电流跟踪控制方法..................374.2并联型APF的复