直流側(cè)串聯(lián)型有源電力濾波器的建模與控制研究.pdf

1、由于電力電子裝置在電力系統(tǒng)、各工業(yè)部門以及家庭和民用事業(yè)中的廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)生的諧波已成為電力系統(tǒng)中電力諧波的主要來源，面對電力諧波造成日益嚴重的危害，世界各國對諧波問題的研究給予了高度的重視，不僅制定了相應(yīng)的諧波標(biāo)準和規(guī)則，而且積極開展諧波治理方法的研究。有源電力濾波器（APF Active Power Filter）可以對這種已經(jīng)存在的諧波污染進行治理，被認為是一種相當(dāng)有效和有發(fā)展前途的諧波治理新方法。并聯(lián)型有源電力濾波器和串聯(lián)型有源

2、電力濾波器是APF的兩種主要電路結(jié)構(gòu)，其中串聯(lián)型APF對治理電壓型諧波源具有明顯的優(yōu)勢。本論文針對目前廣泛使用的電容濾波的整流橋類電力電子裝置引起的諧波污染，提出了一種能有效抑制這類諧波的新型直流側(cè)串聯(lián)型有源電力濾波器，并進行了深入的研究。研究內(nèi)容主要包括：單相直流側(cè)串聯(lián)型APF的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)學(xué)模型、適合該拓撲結(jié)構(gòu)的控制方法及其該拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法在三相整流橋直流側(cè)的應(yīng)用。
　　論文主要研究內(nèi)容和完成的工作如下：

3、　　針對單相整流橋負載諧波源的特點，提出一種利用雙向電壓變換器為主電路的單相直流側(cè)串聯(lián)型有源電力濾波器的基本拓撲結(jié)構(gòu)，在深入分析該APF主電路工作原理的基礎(chǔ)上，針對電壓型諧波源負載的特點提出控制策略，推導(dǎo)其控制方式，并給出了電路中關(guān)鍵器件參數(shù)的確定方法。
　　比較分析了直流側(cè)DC-DC變換器、PFC和APF的電路結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，著重研究了直流側(cè)APF電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想和工作原理，并根據(jù)該電路工作的特點，利用DC-DC變換器建模的基

4、本思想和步驟，采用狀態(tài)平均模型法，建立了直流側(cè)串聯(lián)型APF的數(shù)學(xué)模型，并對其進行了靜態(tài)分析和動態(tài)分析，求出了靜態(tài)工作點，求出了系統(tǒng)不同輸入輸出之間的傳遞函數(shù)，為電路拓撲的進一步研究奠定了基礎(chǔ)。
　　針對所提出的直流側(cè)串聯(lián)型APF主電路拓撲，提出了一種不用檢測諧波的基于功率平衡原理的滯環(huán)控制策略，推導(dǎo)了控制方程，設(shè)計了閉環(huán)系統(tǒng)的仿真模型，并進行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，基于該控制方式的直流側(cè)串聯(lián)型APF控制效果好，無論在重載還是輕載

5、情況下，都能快速的反應(yīng)。
　　在單相直流側(cè)串聯(lián)型APF的基礎(chǔ)上，針對大量使用三相整流橋負載，將單相直流側(cè)串聯(lián)型APF推廣到三相系統(tǒng)，通過增加一組雙向選擇開關(guān)實現(xiàn)對三相系統(tǒng)的解耦，解耦后為兩個獨立的單相系統(tǒng)，通過仿真研究驗證了電路結(jié)構(gòu)的正確性和控制方法的有效性，使之能適用于大功率整流電路的電力諧波治理領(lǐng)域。完成了從單相到三相的完整系列設(shè)計。
　　研制并調(diào)試了一臺實驗樣機，進行額定負載、動態(tài)電子負載等實驗，實驗結(jié)果與理論分析和仿