模块化三电平有源滤波器控制策略与装置研究

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1、硕士研究生学位论文模块化三电平有源滤波器控制策略与装置研究生姓名祝天岳学科、专业电气工程研究方向电能质量管理导师周京华校外导师北方工业大学研究生院北方工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期：上年月日学位论文使用授权书学位论文作者完全了解北方工业大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工

2、作的知识产权单位属北方工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用于本授权书）。口保密论文注释：经本人申请，学校批准，本学位论文定为保密论文，密级：，期限：年，自年月日起至年月日止，解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：北方丁业大学硕丄学位论文模块化三电平有源滤波器控制策略与装置研究摘要应用于实际工业中的电力电子装置会对电网产生谐波电流，通常采用有源滤波器抑制这种谐波电

3、流对电网的污染。在高压大功率场合，三电平有源滤波器由于自身结构上的特点比传统两电平有源滤波器应用前景更大。论文以三相三线制的二极管箝位型三电平有源滤波器作为研究对象，研宄其关键的控制策略并对相关装置进行软硬件设计。三电平有源滤波器的数学模型是有源滤波器控制策略设计的基础。本文介绍了三电平有源滤波器的工作原理，推导出在不同控制目标时参考指令电流的构成，基于三电平有源滤波器主电路拓扑结构，建立了三电平有源滤波器在、坐标系下的数学模型，并推导出系统的交流小信号模型。三电平调制及中点电位平衡控制是保证三电平有源滤波器正常工作的前提。本文采用参考矢量分解的方法，给出了三电平有源滤波器的调制算法，

4、分析了三电平各矢量对中点电位的影响，根据电荷平衡原理提出了一种简单的基于时间因子的中点电位平衡控制策略，用以控制直流侧电容电位的不平衡。电流跟踪制策略是决定三电平有源滤波器补偿效果的关键因素。针对三电平有源滤波器的控制目标，本文根据瞬时无功功率理论，对、谐波电流检测方法进行了详细分析，以保证参考指令电流提取的快速性和准确性；在三电平有源滤波器数学模型的基础上，推导出三电平有源滤波器的前馈解耦控制、参考指令预测电流控制、无差拍控制和滑模控制的控制方程，并对三电平有源滤波器的各种控制策略进行了仿真验证。模块并联控制策略是三电平有源滤波器实现扩容的核心技术。本文对模块集中控制、模块主从控制和

5、模块分布控制这三种并联控制方式进行了分析，并对模块分布控制的种方案进行了仿真。为比较多种电流跟踪控制策略的性能，本文在半实物仿真系统上分别搭建前馈解耦控制、参考指令预测电流控制、无差拍控制和滑模控制的三电平有源滤波器半实物仿真模型，对实验结果进行对比与分析，归纳每种电流跟踪控制策略的特点；在无差拍电流控制策略下，通过对比是否加入中点电位平衡控制的实验，验证了中点平衡控制的有效性。本文设计了模块化三电平有源滤波器装置，完成了装置的结构设汁和主电路参数设计，基于理论推导及仿真结果选择了直流侧电容参数、交流侧输出滤波器电感参数以及预充电电阻参数；同时还完成了基于的控制板设计。最后在实验平台上

6、，完成了基于无差拍控制策略及三电平中点电位平衡控制策略的与程序，验证了实验硬件平台设计的合理性及控制策略的有效性。关键词：三电平有源滤波器；数学模型；中点电位平衡控制；谐波电流检测；电流跟踪控制；模块并联控制北方丁业大学硕上学位论北方工业大学硕士学位论文，，，，北方工业大学硕士学位论文目录模块化三电平有源滤波器控制策略与装置研究绪论课题背景有源滤波器的研究现状有源滤波器的主电路拓扑输出滤波器的参数设计电流跟踪控制中点电位平衡控制本文主要的研究内容三电平有源滤波器的原理及调制策略三电平有源滤波器的工作原理三电平有源滤波器的数学模型坐标系下的数学模型坐标系下的数学模型交流小信号模型基于参考

7、矢量分解的三电平调制策略⋯：本章小结模块化三电平有源滤波器的控制策略中点电位平衡控制策略中点电位不平衡分析基于时间因子的中点电位平衡控制策略谐波电流检测控制策略基于、的谐波电流检测直流母线电压控制电流跟踪控制策略前馈解耦控制参考指令预测电流控制无差拍控制滑模控制北方工业大学硕士学位论文模块集中控制模块并联控制模块主从控制模块分布控制模块化三电平有源滤波器的仿真中点电位平衡控制仿真谐波电流检测控制仿真电流跟踪控制仿真模块并联控制仿真本章小结模块化