基于切换系统的有源电力滤波器参数设计与控制策略分析

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1、济南大学硕十学位论文摘要目前，电力电子技术在电力系统中的应用十分广泛。电力电子技术的应用不可避免的带来严重的电能质量问题，使其所在电网谐波含量较高。谐波含量过高不仅会增加线路、变压器的损耗，还会造成保护装置和测量装置的损坏。有源电力滤波器可以有效抑制电网中幅值和频率均变化的谐波，在实际中有广泛应用。有源电力滤波器通过检测电网电流中的谐波成分，计算得到和该成分大小相等、方向相反的补偿电流参考值，然后把跟踪该参考值的补偿电流输送到电网中，起到补偿谐波的作用。在该过程中，有源电力滤波器的补偿精度主要受到两个方面的影响：首先，有

2、源电力滤波器产生的补偿电流通过交流侧电感输送到电网，电感的取值合理与否将直接影响补偿电流跟踪参考电流的速度和精度。有源电力滤波器交流侧电感取值的设计，是影响抑制谐波效果好坏的重要因素，是整个有源电力滤波器设计的重点和难点。其次，合理的有源电力滤波器控制策略也是保证补偿电流能否精确快速跟踪参考电流的重要因素。控制策略主要有两个方面的作用，一是准确地计算得到补偿电流参考值，二是保证有源电力滤波器的补偿电流快速精确地跟踪该参考值。不管是补偿电流参考值计算误差较大，还是补偿电流无法准确跟踪参考值，都会降低有源电力滤波器的补偿精度

3、。针对上述两个问题，使用非线性动力学理论，提出了基于切换系统理论，并且考虑实际工程指标的有源电力滤波器交流侧电感取值的设计方法，以及有源电力滤波器的非线性切换控制策略。由于在有源电力滤波器运行过程中，PWM信号控制APF主电路功率模块的通断，使有源电力滤波器的拓扑结构不断改变，因此有源电力滤波器是一个由分段线性系统组成的切换系统。本文首先根据有源电力滤波器的切换特性，建立其切换系统数学模型。由于有源电力滤波器的强非线性，无法得到切换系统模型的解析解，因此使用时域分析法迭代计算模璎的数值解。在此基础上，利用计算的数值解得到

4、补偿电流跟踪指标和电感值的内在关系。当已知跟踪指标时，可以通过上述内在的关系得到符合指标的电感取值范围。通过与传统交流侧电感设计方法的比较可知，本文提出的设计方法结合实际工程指标，比传统方法更优，可以设计出更精确、更符合工程需要的电感值。其次设计有源电力滤波器的非线性切换控制。从有源电力滤波器的切换系统IIIIVActivepowerfilter(APF)whichprovidesanexcellentsolutionforthedynamicharmonicsiswidelyused．TheprincipleofAPF

5、isasfollows：themeasuredharmonicisusedtocalculatethereferencecompensationcurrent，ofwhichtheamplitudeisthesameastheharmonicandthedirectioniscontrarytotheharmonic．Theharmoniciscompensatedbythecompensationcurrentwhichtracesthereferencecompensationcurrent．Inthisproces

6、s，APFisinfluencedbythetwofactors．Firstly,thecompensationcurrentisdeliveredtothepowersystemviaallac-sideinductor．Theprecisecompensationcurrentisdependedonthereasonablerangeoftheinductancevalue．So，thedesignoftheinductanceplaysallimportantrole．Moreover,thecontrolstr

7、ategyofAPFisoneofthemostimportantfactors．Ithastwomainfunctions：foronething，itensuresthatthereferencecompensationcurrentiscalculatedprecisely．Forotherthing，itensuresthatthecompensationcurrenttracesthereferenceprecisely．Whethertheerrorbetweenthecompensationcurrenta

8、ndthereferenceislargeorthecompensationcurrenthardlytracesthereference，itwouldreducethecompensationeffect．Inviewofthetwofactorsmentionedabove，thenonlineardynami