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35100字硕士毕业论文有源电力滤波器循环侧电压控制系统的研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:35100字
论点:滤波器,电力,谐波
论文概述:

本文针对有源电力滤波器的特点,研究一种用MATLAB/Simulink元件库中的电力电子器件建立闭环控制系统的仿真模型,基于MATLAB的S函数对改进的ip一iq算法编程实现核心控伟lJ。仿真分析了投入APF前

论文正文:

第一章导言

1.1主题的背景和意义
随着各种电能质量敏感设备、计算机等信息设备的出现,人们对电能质量的需求也日益增加。为了解决这些问题,保证电力系统的稳定性,提高电能质量,人们开始使用各种无源和有源滤波技术来缓冲匹配的非线性负载,从而最小化其负面影响。有源电力滤波器作为理想的谐波电流发生器,产生与失真源大小相同、方向相反的谐波电流,消除其失真分量,从而使电源电流波形为正弦波。目前,电网谐波污染越来越严重,具有良好谐波补偿效果的有源电力滤波器越来越受到重视。

1.2有源电力滤波器技术的历史发展
有源电力滤波器的概念最早出现在1969年由伯德(B.M.Bird)和费马什(J.FMarsh)的一篇论文中,本文介绍了一种通过向交流电源注入谐波电流来降低谐波、改善电源电流波形的新方法。1971年,日本的佐佐木(H.Sasaki)和町田(T.Machida)全面描述了有源电力滤波器的基本原理。1976年,西屋电气公司的久吉伊(L.Gyugyi)和电气化学公司(E.c.strycula)提出了一种由脉宽调制控制的有源电力滤波器。确定了主电路的基本拓扑和控制方法。原则上,有源电力滤波器被说明为理想的谐波电流发生器。讨论了其实现方法和相应的控制原理,为有源电力滤波器奠定了基础。20世纪70年代初,有源电力滤波器的基本原理和电路拓扑已经基本确定,但当时由于功率半导体器件水平和控制策略的限制,有源电力滤波器的发展还处于实验研究阶段。直到20世纪80年代,随着新型功率半导体器件的不断发展、脉宽调制技术的不断进步以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的不断发展,有源电力滤波器得到了快速发展。
自从1982年世界上第一台有源电力滤波器(SOOkvA)在日本成功开发并投入使用以来,经过20多年的研究和探索,有源电力滤波器技术取得了长足的进步,越来越多的有源电力滤波器投入运行,无论是在实现功能还是运行功率上都有了显著的提高。在日本木业,已经投入使用的装甲运兵车功率范围越来越宽,从50千伏安到60兆伏安不等。从谐波补偿到闪变抑制和电压调节,应用范围越来越广。目前,有源电力滤波器已被用于改善电能质量,解决三相电力系统中的端电压调节、电压波动抑制、电压平衡改善、谐波消除和无功补偿等问题。近年来,随着电力电子技术、控制技术和数字信号处理技术的发展,特别是GTO、IGB D等自旋转器件的出现和高性能数字信号处理器芯片的应用,有源电力滤波器已经进入实用阶段。在一些欧美国家和日本,大量有源电力滤波器已经使用了几个月来补偿电网中的谐波,以提高电能质量。与国外相比,我国主动过滤技术还处于研究阶段,只有少数几个站在工业上投入运行。
随着我国国民经济的快速发展,电力系统中的高次谐波问题越来越严重。有源电力滤波器的研究和应用应该提高到一个新的认识水平。随着我国电能质量控制的进一步发展,有源电力滤波器谐波控制将具有巨大的市场应用潜力,有源滤波技术将得到广泛应用。

1.3有源滤波器技术的研究现状
由于有源滤波器的缺点和不足,无源滤波器目前主要应用于国内市场。在国际上,ABB、ABLEREX、诺基亚、施耐德和西门子为代表,在国内,盛大华天、哈尔滨工业大学、Xi安数码港和南京亚柏为代表。此外,清华大学电力系开发的CleanPower系列有源电力滤波器在自适应能力、稳定性和各种延迟的最佳补偿方面取得了长足的进步,成为最先进的产品之一。随着电力电子技术的进步,有源电力滤波器以其巨大的技术优势、强大的功能和不断下降的价格,最终将取代传统的容性无功补偿装置,占据主流市场。有源电力滤波器可用于单相、三相三线和三相四线系统。它可用于指定负载,也可用于配电系统的公共耦合点。近年来,随着电力电子器件的发展和学术研究的提高,有源电力滤波器的主电路结构越来越复杂,检测和处理的信号越来越多,对实时性的要求越来越高,对控制技术的要求也越来越严格。

第2章有源电力滤波器理论

2.1有源电力滤波器的分类
有源电力滤波器有许多分类方法。有源电力滤波器根据不同的应用场合可以分为DC有源电力滤波器和交流有源电力滤波器。DC有源电力滤波器主要用于消除高压DC输电系统中变流器DC侧的电压和电流谐波。交流有源电力滤波器(AC active power filter)是一种应用于交流电力系统各种电压电平的有源滤波器,通常被称为有源电力滤波器APF。根据有源电力滤波器中脉宽调制逆变器DC侧储能元件的不同,有源电力滤波器分为电压型有源电力滤波器(储能元件为电容)和电流型有源电力滤波器(储能元件为电感)。与电流型有源电力滤波器相比,电压型有源电力滤波器损耗更小,效率更高。因此,目前国内外大部分有源电力滤波器采用电压型逆变器结构。根据有源电力滤波器与电力系统连接的不同方式,交流有源电力滤波器可分为并联、串联、混合和串并联有源电力滤波器。其中,并联有源电力滤波器可分为单独使用模式、注入电路模式和与旋转电机组合模式等。有源电力滤波器和无源滤波器被称为混合有源电力滤波器,它分为串联混合有源电力滤波器和并联混合有源电力滤波器。本文采用单独使用的并联有源电力滤波器,其结构模型如图2-1所示:

第三章有源滤波器的建模..............................29-36
3.1 MATLAB简介..............................29-31
3.1.1 MATLAB特性..............................29-30
3.1.2 Simulink介绍了..............................30
3.1.3s功能..............................30-31
3.2模拟模型..............................31-34
3.2.1..............................31-32
3.2.2提取基波电流模块的知识产权智商算法..............................32-33
3.2.3脉宽调制信号生成模块..............................33-34[/比尔/] 3.3模拟建模的意义..............................34[/比尔/] 3.4本章概述..............................34-36
第四章有源电力滤波器的仿真分析与结论..............................36-48 [/BR/] 4.1基本模拟模型分析..............................36-40 [/BR/] 4.2优化仿真模型分析..............................40-46
4.2.1改进的i_p-i_q算法建模..............................40-42 [/BR/] 4.2.2改进的i_p-i_q算法建模优化..............................42-45
4.2.3交流侧负载突变建模..............................45-46 [/BR/] 4.3模拟分析结论分析..............................46-47
4.4本章概述..............................47-48

结论

l,由于目前在有源滤波器仿真领域还没有人使用MATLAB的s函数对算法进行编程,本文使用s函数对改进的复制算法进行编程,并已在仿真建模中得到很好的应用。然而,s函数在外部接口和到c语言平台程序的转换中有许多环节,这有利于实际产品中使用的软件c语言的设计和编程。
2。从基本算法模型到改进算法模型,逐步模拟有源滤波器的建模,并分析信号关系。针对当前仿真过程中非算法问题造成的影响,作者提出了自己的想法和仿真分析,最终实现了仿真优化。
3。在稳定控制DC侧电容器电压的同时实现谐波补偿。该算法的实现是通过MATLAB仿真实现的。分析了影响DC侧电容电压控制的因素,指出了各因素之间的相关性。
4。为解决脉冲电流产生的问题,建议在DC侧增加开关电阻或限制△iP的积分结果来控制有源电力滤波器输入初始阶段的峰值电流脉冲,但两者都影响电容电压的稳态控制速度。

参考
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