三相有源电力滤波器电流环控制的研究
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电网中非线性负载的应用越来越广泛,这就给电网带来了非常严重的谐波污染,同时对电网无功功率的补偿也提出了新的要求,由此产生了一系列的用电问题。而各种敏感负载的应用,对电网的电能质量又提出了更高的要求。随着谐波和无功补偿问题的日益严重,采用不同的手段对电网供质量进行改善就显得尤为重要,其中,使用有源电力滤波器就是一个重要的发展趋势。其工作原理是首先检测出需要补偿对象中谐波的大小,然后由有源电力滤波器发出一个与谐波电流大小相等、方向相反的电流来补偿、净化电网电流,使电网中只含有基波电流分量。有源电力滤波器可以对频率和幅值都变化的谐波来跟踪、补偿,且其补偿特性不会受到电网阻抗的影响。三相有源电力滤波器一般用来补偿由非线性负载所产生的谐波和无功电流。而其控制器的设计,直接影响着补偿性能的好坏。由于受采样周期、零阶保持以及滞后一拍控制的影响,对于数字PI控制,控制器在系统稳定条件下参数取值有限,即其带宽有限。而且数字PI控制器跟踪控制的电流是频率相对较高的谐波电流,其本身同样无法做到无静差控制。本文针对有源电力滤波器电流环单纯数字PI控制补偿性能有限的情况,提出了基于数字PI控制和数字重复控制的一种复合控制系统。本文为改善系统的动态特性而采用数字PI控制,利用重复控制来达到改善系统的跟踪性能的稳定性,具体推导和分析了复合控制中重复控制器的设计方法、补偿性能以及稳定性,并对设计后的系统进行仿真和试验。理论、仿真和试验都证明了本文所提出的基于数字PI控制和数字重复控制的三相有源电力滤波器复合控制可以达到系统动态特性和稳态特性兼顾的目标。
摘要 | 第3-4页 |
Abstract | 第4页 |
第一章 绪论 | 第8-13页 |
1.1 谐波的产生和危害 | 第8-9页 |
1.2 谐波抑制的方法 | 第9-11页 |
1.3 谐波抑制和无功功率补偿 | 第11-12页 |
1.4 论文设计的背景和主要任务 | 第12-13页 |
第二章 APF的原理性能研究 | 第13-21页 |
2.1 APF装置现状分析 | 第13页 |
2.2 APF装置的分类和特点 | 第13-17页 |
2.2.1 并联型APF装置 | 第14-15页 |
2.2.2 串联型APF装置 | 第15-16页 |
2.2.3 统一电能质量调节装置 | 第16-17页 |
2.3 APF的基本工作原理和控制器 | 第17-21页 |
2.3.1 APF的结构、工作原理 | 第17-18页 |
2.3.2 APF的控制方式 | 第18-21页 |
第三章 数字PI控制和重复控制的分析与设计 | 第21-35页 |
3.1 数字PI控制 | 第21-24页 |
3.1.1 数字PI控制器的数学模型及实现 | 第21-23页 |
3.1.2 数字PI控制器的设计方法 | 第23-24页 |
3.2 数字PI控制器直接离散域设计 | 第24-30页 |
3.2.1 APF数字PI控制电流环分析 | 第24页 |
3.2.2 数字PI控制器直接离散域设计 | 第24-28页 |
3.2.3 数字PI控制器在电流环中的作用 | 第28-29页 |
3.2.4 数字PI控制的补偿性能分析 | 第29-30页 |
3.3 重复控制的简析与研究 | 第30-35页 |
3.3.1 重复控制的基础知识 | 第31页 |
3.3.2 重复控制结构 | 第31-32页 |
3.3.3 重复控制的稳定特点和稳态误差解析 | 第32-34页 |
3.3.4 重复控制器参数的建立 | 第34-35页 |
第四章 基于PI控制和重复控制的复合控制方式的设计 | 第35-46页 |
4.1 控制系统结构框图 | 第35-37页 |
4.1.1 控制系统研究 | 第36-37页 |
4.2 控制系统设计 | 第37-41页 |
4.2.1 数字PI控制器的研究 | 第37-38页 |
4.2.2 重复控制器的研究 | 第38-40页 |
4.2.3 用低通滤波器对控制对象加以改造 | 第40-41页 |
4.3 复合控制系统的研究设计 | 第41-43页 |
4.4 复合控制性能受控制对象中参数变化的影响 | 第43-46页 |
第五章 控制系统仿真研究与实验验证 | 第46-53页 |
5.1 仿真研究 | 第46-47页 |
5.1.1 复合型的系统补偿特性稳态仿真解析 | 第46页 |
5.1.2 复合系统补偿特性、动态仿真 | 第46-47页 |
5.2 实验验证 | 第47-53页 |
5.2.1 数字PI控制 | 第48-49页 |
5.2.2 复合控制补偿能力、稳态实验 | 第49-50页 |
5.2.3 复合控制补偿特性动态实验解析 | 第50-53页 |
全文总结 | 第53-54页 |
参考文献 | 第54-57页 |
致谢 | 第57页 |
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