刘斌[1]2007年在《并联型有源电力滤波器的研究与实验》文中研究指明电力电子设备的大量使用使得谐波问题日益严重，谐波成为影响电能质量的主要因素。有源电力滤波器能对频率和幅度都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，滤波特性很好，在治理电网谐波方面发挥重要作用。其研究和应用越来越受到人们的重视。本文在综合国内外有关文献的基础上，介绍了有源电力滤波器的发展历程、现状和趋势，以及有源电力滤波器的分类及拓扑结构，着重分析并联型有源电力滤波器的基本工作原理。对现有的几种谐波及无功电流实时检测方法进行了研究，并提出一种能克服非理想电网电压对谐波和无功电流检测带来的不利影响的谐波与无功电流检测算法。详细分析了并联型有源电力滤波器的控制策略，采用了基于电压空间矢量的控制策略对补偿电流进行控制，并用闭环控制的方法对直流侧电压进行了有效的控制。结合试验系统，介绍以TMS320F2812 DSP为控制核心的并联型有源电力滤波器系统的硬件和软件设计，对系统的软硬件各部分的结构和功能分别作了详细的阐述。并基于MATLAB软件建立了有源滤波器系统的仿真模型，对并联型有源电力滤波器系统进行了仿真研究。并在实验平台上进行实验，对采用的谐波电流检测算法和控制策略进行了实验验证。
耿攀[2]2006年在《叁相叁线并联型有源电力滤波器设计与控制》文中研究说明随着电力电子装置在电力系统中的大量应用,电力系统的谐波污染问题日益严重。谐波会对电力系统产生很多危害,必须予以抑制。有源电力滤波器(APF)是优化电能质量的一种重要而且先进的手段。而其中并联型有源电力滤波器过去和将来都将占据重要地位。并联有源电力滤波器主电路设计是核心环节之一。本文在叁相叁线并联型有源电力滤波器数学模型的基础上,通过对采用空间矢量调制的有源电力滤波器的工作过程的研究和分析,揭示了主电路各参数之间的相互关系。根据瞬态电流跟踪指标的要求推导出并联APF输出电感的估算公式。基于对电流跟踪误差矢量的度量,推导出针对特定负载的直流侧电容电压临界值表达式。详细介绍了LCL输出滤波器参数的设计方法。实时、高精度的谐波检测是有源电力滤波器的重要部分。针对基于Park变换的d-q检测方法,对基于该方法的电流检测误差进行了深入分析,包括锁相的相位误差和采样延时,以及低通滤波器对检测误差的影响。检测谐波电流成分应用了滑窗迭代算法,它能有效地提高系统实时性和目标跟随特性,并具有计算量小和容易工程实现的特点。为了保证系统的稳定运行,对于直流侧电压闭环控制进行了建模和分析,设计了相关的调节器,并精心设计了一套软启动方案。电流跟踪控制直接决定了有源电力滤波器的补偿效果。本文针对并联型APF电流环设计了叁种控制方法:即PI控制方法、超前拍控制方法、重复+PI控制方法。其中重复+PI控制方法是一种输出电流波形控制方法,即用PI环节保证系统的稳定性,同时依靠重复控制器提高输出电流的跟踪精度。在以上研究的基础上,本文研制了一台叁相叁线并联型有源电力滤波器装置。利用此装置本文对上述方法等进行了大量的实验和仿真研究,实验和仿真结果表明本文提出的方法完全适用于并联型有源电力滤波器,确保了有源电力滤波器的补偿性能。
王党帅[3]2008年在《有源电力滤波器谐波与无功电流检测方法的研究》文中研究说明电力电子设备的大量使用使得谐波问题日益严重,谐波成为影响电能质量的重要因素;另一方面,现代用电设备对电能质量更加敏感,对供电质量提出了更高的要求。有源电力滤波器作为治理谐波有效的手段,其研究和应用越来越受到人们的重视。有源电力滤波器所采用的谐波电流检测方法,直接决定了谐波的检测精度和跟踪速度,是决定谐波补偿特性能的关键,本文重点研究了谐波与无功电流检测方法。本文在研究现有的谐波与无功检测方法的基础上,提出了一种适用于有源电力滤波器的补偿电流检测新方法。该方法通过叁相瞬时功率计算出负载基波正序有功电流幅值,然后乘以单位幅值的电源电压信号,得到基波正序有功电流的瞬时值,进而分离出待补偿电流分量。针对阻感负载整流电路中谐波电流的特点,提出一种简单高效的谐波与无功电流检测方法,该方法通过检测整流电路直流侧的电流,经过简单运算,即可得到基波有功电流的瞬时值,进而从负载电流中分离出谐波和无功电流分量。本文系统地分析了并联型有源电力滤波器的控制策略,以这种新型谐波与无功检测方法为基础,建立了基于PSIM的APF仿真系统。(1)针对不同负载性质和负载电流突变等情况进行了仿真研究,结果表明新型检测方法能够准确、快速地检测出负载电流中的谐波和无功电流分量;(2)对APF主电路交流侧电感、直流侧电容电压、补偿容量和开关频率等参数的优化选择进行了大量的仿真研究,得出了合理的参数取值范围。开发了以DSP为控制核心的并联型有源电力滤波器实验系统,设计了硬件原理线路和实验程序,实验结果验证了本文提出的谐波检测算法的正确性和有效性。
陈小勇[4]2008年在《基于DSP的并联有源电力滤波器的研究》文中认为随着电力电子技术的迅速发展,越来越多的电力电子装置被应用到各个领域,其中相当一部分负荷具有非线性,产生的谐波对电网的影响和危害日益严重,若不加以控制,会严重影响整个电网经济、安全的运行,对电力谐波的实时补偿变得越来越重要。有源电力滤波器APF(Active Power Filter)是近年来提出的一种新型的谐波及无功动态补偿装置,与传统的无源LC滤波器相比较,具有响应速度快、补偿效果好和能够实现动态补偿的优点。本文以并联电压型有源电力滤波器作为研究对象,系统地分析了并联电压型有源电力滤波器的工作原理、补偿特性等问题。深入研究了基于瞬时无功功率理论的p-q法、基于瞬时无功功率理论下的改进型谐波电流检测的i_p-i_q法,对并联型有源电力滤波器的叁角波载波控制、电流滞环跟踪控制等电流控制策略进行了研究,并对传统的电流滞环跟踪控制进行了改进,同时引入直流侧电压反馈控制环节,以保证有源电力滤波器具有良好的补偿跟随特性,通过理论分析比较了各自的特点。在此基础上,研讨了有源电力滤波器主电路参数的选取原则以及以DSP处理芯片TMS320F2812为硬件核心的控制器硬件电路。硬件电路包括:电流采集电路、电平调理电路、采样触发信号形成电路等。在MATLAB环境下对基于该算法的并联型有源电力滤波器进行了建模仿真,仿真结果表明,有源电力滤波器能够对谐波电流起到了较好的补偿作用,具有较好的动态补偿特性。在CCS软件环境中,编写了数掘采集程序、谐波电流检测算法等DSP程序,调试成功并取得了正确的结果。
倪璐璐[5]2007年在《基于有源电力滤波器的谐波抑制技术研究》文中研究表明随着非线性负载的大量应用,电网中的谐波含量日益增加,造成电能质量恶化。有源电力滤波器以其优越的补偿性能,已成为电力电子技术领域的研究热点之一。本文对有源电力滤波器的谐波电流检测环节和电流跟踪控制环节进行了系统研究。首先,本文将基于瞬时无功功率理论谐波电流检测方法在叁相叁线制电路中的应用进行了扩展,提出了适用于叁相四线制电路及单相电路的实时检测新方法;其次,针对传统的基于神经网络谐波检测方式的缺陷,提出将神经网络与基于噪声抵消原理的自适应谐波检测相结合,利用径向基函数运算量小、收敛快、无局部极小值等特点,构造了一种基于径向基函数神经网络的谐波电流检测方法,仿真结果表明该检测方法具有很好的动态响应及畸变电流检测精度,对变化的负载可以很好地自适应跟踪检测。再次在深入分析空间矢量控制原理的基础上,推导出一种适合于定点DSP的补偿电流控制算法,在MATLAB环境下对基于该控制算法的并联型有源电力滤波器进行了建模仿真,仿真结果表明,该控制算法与传统的控制方法相比有一定的优越性,对于叁相对称负载和叁相不对称负载所产生的谐波电流都起到了较好的补偿作用,具有较好的动态补偿特性,能够有效提高有源电力滤波器的综合性能。最后在理论和仿真研究基础上,设计了并联型有源电力滤波器的主电路和控制电路,并完成了IPM接口电路、信号采集电路的制作和调试。
杜晓华[6]2007年在《有源电力滤波器谐波检测方法的研究》文中认为有源电力滤波器是一种新型的电力电子装置，可以对电力系统中的谐波进行补偿。谐波电流检测是有源电力滤波器技术的关键技术之一，提高谐波电流检测技术水平对提高有源电力滤波器的性能具有十分重要的意义。本文首先介绍了有源电力滤波器的基本结构和工作原理，并对一些常规的谐波电流检测方法的优缺点进行了比较，在此基础上着重研究了目前有发展前景的两种谐波检测方法—神经网络算法和卡尔曼算法。论文对单层全反馈全对称Hopfield神经网络进行了分析，利用Hopfield能量函数的优化处理能力，对谐波检测建立的目标函数进行优化，进而建立了Hopfield神经网络结构的谐波检测模型，从而检测出所需的各次谐波的幅值和相位。该方法具有采样数据实时处理速度快，实时性好，不需要预先进行较多训练，能够自适应地快速检测出各次谐波分量的幅值和相角等优点。论文提出了基于卡尔曼算法的谐波电流检测方法。该方法是以最小均方误差为准则的最优线性估计，根据前一个观测数据和最近的一个观测数据，利用状态方程和递推方法对当前过程状态进行实时估计。该方法只包括矩阵的加、乘与求逆运算，因此，可方便地用于实时处理。论文探讨了谐波检测步骤,并建立了谐波检测模型。对以上两种算法进行计算机仿真分析，给出了谐波检测的仿真数据。仿真结果表明，这两种算法可快速获得基波和各次谐波的幅值和相位，与傅立叶算法相比较精度高、实时性好，具有较大的应用前景。
王圆月[7]2008年在《基于DSP的有源电力滤波器控制方法研究》文中进行了进一步梳理随着电力电子技术的发展,非线性负载应用越来越广泛,对电网产生的污染问题也随之增大。传统的谐波抑制方法是使用无源滤波器,此种方法具有很大的弊端,其滤波效果受电力系统阻抗的影响较大,且只能消除特定次数的谐波,而有源电力滤波器(APF)具有良好的跟踪性能,不受系统阻抗影响,近几年得到越来越广泛的关注。本文首先阐述了有源电力滤波器的背景和发展现状,然后对有源电力滤波器的分类、控制方式和工作原理作了进一步的研究,并在比较了多种谐波电流检测方法之后,选择基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q谐波检测方法。有源电力滤波器的控制系统是决定滤波器性能的关键,选择一种有效的补偿控制方法,才能使有源电力滤波器的实时性和动态补偿功能充分发挥。本文重点研究有源电力滤波器控制方法,在研究了目前国内外广泛应用的有源电力滤波器控制方法基础上,选择最有效的叁种方法进行分析,分别是瞬时值比较法、叁角波比较法和空间矢量控制法。针对这叁种方法,本文使用MATLAB/SIMULINK搭建了有源电力滤波器模型,并对每种方法进行了详细的仿真分析,仿真结果验证了各种方法的有效性,通过比较优缺点,结论是空间矢量法更易于数字化实现,而且对主电路开关器件的损耗最小,于是选择空间矢量法来设计基于DSP的控制系统。本文对补偿控制电路完成了硬件设计,包括主电路功率器件的选择,直流侧电容的设计,交流侧电感的设计以及空间矢量控制法的具体实现方法。在理论分析和仿真研究的基础上,设计了基于TMS320F2812 DSP控制的并联型电力有源滤波器,研制了实验样机,对并联型电力有源滤波器进行了初步的实验研究。实验结果表明,采用基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q谐波电流检测法和空间矢量补偿法能够实时、准确地补偿电网中的谐波电流。
王毅颖[8]2016年在《煤矿电网多谐波源分散抑制和APFs接入点优化研究》文中研究表明为了提高井下生产设备的生产效率和自动化程度,整流器、变频器等电力电子开关器件不断渗透入煤矿电网中。这些非线性阻抗特性设备在提高了煤矿生产效率和产量的同时,不可避免的为电网引入了谐波污染等电能质量问题。在煤矿井下电网中,谐波会引起采煤机、掘进机、风机等采用电动机作为动力的设备产生震动;干扰井下供电与通讯系统;引起井下供电电缆产生附加损耗、电缆绝缘热力升高;诱导井下电网中发生局部的并联谐振或串联谐振。谐波为煤矿的安全生产埋下了隐患,谐波严重时甚至可能引发生产事故,造成人员伤亡。目前,谐波污染被动治理的一个基本方式是接入滤波装置来抑制谐波,可分为无源治理和有源治理两种方法。无源治理方法一般采用LC滤波器,主要缺点包括:只能补偿固定频率的谐波,补偿效果不甚理想,且补偿特性受电网阻抗和运行状态影响大,容易和系统阻抗发生谐振现象,放大谐波电流。因此,在煤矿井下爆炸性环境中,LC滤波器的应用受到一定的限制。有源治理方法以有源电力滤波器为代表,其工作原理是通过检测电路从补偿对象中检测得到一个与谐波分量大小相等、相位相反的补偿分量,通过控制PWM变流器将补偿分量注入到补偿对象中,从而使补偿对象中只含有基波分量。有源电力滤波器具有动态补偿特性好、灵活方便的优点,受到一定的关注和研究。论文调研了我国煤矿井下的供电现状,并对具有代表性的井下电网谐波进行了测量和分析。结果显示谐波源主要分布于带式输送机、刮板输送机、无极绳绞车、采煤机等变频控制设备中,井下电网支路的谐波畸变较为严重。目前,多数煤矿企业采用在地面变电站安装滤波设备集中治理谐波污染。但是该方法只能降低井下电网谐波对地面电网造成的危害,不能有效的解决井下电网的谐波污染问题。为了切实解决煤矿电网谐波污染的问题,论文选择了有源电力滤波器抑制谐波,并对其工作原理、检测算法、控制算法进行了介绍。在井下应用有源电力滤波器时,深刻理解煤矿电网的特性是抑制井下谐波的基础,因为煤矿电网的环境有异于其他工业电网环境,有其自身的特殊性:井下设备额定电压高、功率大、启停频繁;各种负荷需要电压等级不同,从660V到3300V不等,存在多电压等级特性;硐室、巷道空间狭窄。有源电力滤波器标准化模块设计的方法可以依据工作需要灵活的串并联模块,适应多电压等级的特性,同时还可以有效减少因为电压等级和容量不同而进行的多次防爆试验,设计为冷插拔模式,可方便快速更换故障模块,大大降低了井下维修的复杂程度。煤矿井下狭窄空间、散热和防爆设计、设备经常移动的要求等因素需要有源电力滤波器的体积小、质量轻,限制了有源电力滤波器的容量。为了有效减小体积及容量,可以通过减小有源电力滤波器的补偿电流来实现。有源电力滤波器输出的补偿电流与其实现功能相关,当有源电力滤波器只抑制电网中的谐波分量时容量最小。针对煤矿电网的特殊环境和谐波源特性,可以在井下电网中接入多个有源电力滤波器实现多谐波源分散抑制。因此首先针对煤矿井下的特殊性因素,研究了单台有源电力滤波器的接入点环境及相应的谐波检测算法。由于地面变电站谐波电压和本级谐波源的影响,井下电网电压存在非理想电压特性。为了解决非理想电压下电网零谐波和单位功率因数之间的矛盾,本文提出了基于有源电力滤波器容量约束条件的非迭代优化检测算法。针对煤矿的特殊性环境对有源电力滤波器的容量限制,提出了有源电力滤波器单次补偿电流约束条件。为了解决迭代算法计算时间长、收敛不确定的不足,使用了非迭代求解方法。该方法将优化模型的求解分为主、子两个问题,主问题只考虑功率等式约束条件和电流总谐波畸变率约束条件,求解各次谐波电导;子问题考虑电网的单次谐波电流含有率、有源电力滤波器的单次补偿电流约束条件,对主问题计算得到的谐波电导进行修正。为了分析所提方法的鲁棒性,在四种不同的情形对所提方法进行了对比分析,同时为了验证方法的可行性和有效性,将本文提出的方法和其他方法进行了对比。结果显示:基于有源电力滤波器容量约束条件的非迭代优化检测算法在抑制井下电网谐波的同时,有效的提高了功率因数和计算时间,保证了有源电力滤波器具有更快的动态响应速度,为其提供了可靠的谐波参考电流。从经济因素思考和处理问题,谐波抑制的成本主要和有源电力滤波器的容量相关。实际工程中,谐波抑制的成本随着有源电力滤波器容量的增加而逐渐增大。因此,需要针对井下特殊环境,优化有源电力滤波器在井下电网中的接入点,在谐波畸变符合标准的前提下,使工程成本最少。假设有源电力滤波器的pwm主电路理想,不产生谐波和时间延迟,其数学模型可以近似以指令电流代替。因此,本文提出了基于瞬时无功功率理论的指令电流决策变量,有效的减少了决策变量的数量。煤矿井下环境中的诸多因素直接或者间接的对有源电力滤波器的体积、接入点提出了一定的要求,基于此考虑提出了体积约束条件和接入点约束条件,配合电压谐波畸变率约束条件和单次电压含有率约束条件,以项目的工程成本为目标函数,建立了井下电网中有源电力滤波器接入点的优化模型。随后,基于粒子群算法对优化模型进行了求解,优化了有源电力滤波器的接入点,实现了在电网的谐波畸变低于标准的前提下,使工程成本最少的目的。面对煤矿电网呈现日益扩大的趋势,提出了基于协同进化粒子群算法的接入点优化方法,以应对基于标准粒子群的优化算法在大规模电网中应用陷入局部收敛的情况。为了验证论文中所提方法的有效性,对基于有源电力滤波器容量约束条件的非迭代优化检测算法进行了仿真验证,同时,以我国某矿实际的井下电网为基础进行了电网建模,对论文中所提的有源电力滤波器接入点优化方法进行了仿真验证。仿真结果表明本文所提方法是正确和有效的。
王利平[9]2008年在《新型有源电力滤波器的仿真研究》文中研究指明现代电力系统中由于大量非线性负载的使用,电网的谐波污染问题日益严重,这给电网的安全、经济运行带来了很大的危害。治理电网的谐波污染,提高用户电能质量,已经成为现代电力系统的重要研究课题之一。解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题,大多是装设滤波补偿装置。而采用有源滤波技术是解决现代电能质量问题的一种非常合理、有效的手段。本文设计的单相有源电力滤波器从瞬时有功能量和瞬时无功能量在系统中传递的角度出发,以调节电网输入的有功能量为目标,直接对输入电流进行控制,避开了传统的检测有功和无功电流分量的繁琐过程。整个系统采用双闭环控制,具有较好的谐波补偿性能。针对叁相叁线制和叁相四线制系统,本文设计了一种基于改进广义瞬时无功功率理论的有源电力滤波器的控制方式,该方式较以往更加简单,而且能解决以往基于瞬时无功功率理论的控制方式存在不能滤除基波电流无功分量等缺点。特别是叁相四线制有源电力滤波器硬件结构简单,只有叁组开关器件。针对叁角载波线性控制方法存在直流电压利用率低、输出谐波含量大的缺点,本文进一步设计了基于改进广义瞬时无功功率理论的叁相有源电力滤波器的空间矢量控制方法。此外,本文设计的各种有源电力滤波器还可以对功率因数任意调节,从而实现了一种具有SVG(静止无功发生器)功能的有源电力滤波器。最后,良好的仿真结果表明本文设计的各种有源电力滤波器能有效地补偿系统中的谐波和无功功率,且具有良好的动态性能。另外,叁相四线制有源电力滤波器能有效地抑制零线电流,并能有效地解决系统的不对称问题。
蒋辉平[10]2007年在《混合型有源电力滤波器的研究》文中研究指明随着电力电子器件在工业中的广泛应用,其产生的谐波电流注入电网,影响电气设备的正常工作。谐波的污染问题已经成为影响供电质量的重要问题。传统的无源电力滤波器和有源电力滤波器各有其优缺点,有源滤波器与无源滤波器串联的并联混合型有源滤波器更好地结合了无源滤波器和有源电力滤波器的优点,造价较低、性能优良。这种结构能以较小的有源装置容量实现大容量的谐波补偿,并能将电压耐压较低的半导体功率器件安全地用于高压系统的谐波补偿,在取得良好的谐波补偿效果的同时,还可兼顾部分基波无功补偿,有着广泛的发展、应用前景。本文针对谐波治理需要提出的新型混合型有源电力滤波器兼具较大容量的无功静补偿能力和较小的逆变器容量,对其工作原理进行了分析,并建立了混合型有源电力滤波器的拓扑结构模型方程和开关函数模型方程。谐波检测是有源滤波器的一个关键环节,而其中的计算延时和许多谐波检测方法中的低通滤波都会对有源滤波器控制和系统性能造成很大的影响。本文在ip-iq算法的基础之上,对其进行推广应用,并对其进行了仿真分析,仿真结果证明了算法的可行性和有效性。本文对并联型混合有源滤波器控制策略进行了研究。在对并联混合型有源电力滤波器的无源电力滤波器和有源电力滤波器的结构、原理和设计方法进行了较为充分的分析讨论的基础上,提出了混合型有源电力滤波器的自适应模糊PI控制和自适应模糊免疫PI控制,并进行了详细的分析及进行了仿真,仿真结果表明所提出算法的有效性。论文结合有源电力滤波器控制器在某变电站的应用实例,详细说明了系统拓扑结构和控制器的设计,并给出了现场应用效果。
参考文献：
[1]. 并联型有源电力滤波器的研究与实验[D]. 刘斌. 北京交通大学. 2007
[2]. 叁相叁线并联型有源电力滤波器设计与控制[D]. 耿攀. 华中科技大学. 2006
[3]. 有源电力滤波器谐波与无功电流检测方法的研究[D]. 王党帅. 西安理工大学. 2008
[4]. 基于DSP的并联有源电力滤波器的研究[D]. 陈小勇. 南京理工大学. 2008
[5]. 基于有源电力滤波器的谐波抑制技术研究[D]. 倪璐璐. 中国石油大学. 2007
[6]. 有源电力滤波器谐波检测方法的研究[D]. 杜晓华. 长沙理工大学. 2007
[7]. 基于DSP的有源电力滤波器控制方法研究[D]. 王圆月. 北京化工大学. 2008
[8]. 煤矿电网多谐波源分散抑制和APFs接入点优化研究[D]. 王毅颖. 中国矿业大学(北京). 2016
[9]. 新型有源电力滤波器的仿真研究[D]. 王利平. 东北电力大学. 2008
[10]. 混合型有源电力滤波器的研究[D]. 蒋辉平. 湖南大学. 2007
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