随着电力电子技术的发展及电力电子装置的普遍应用,电力系统中出现了大量电力谐波和无功功率,其危害使得谐波抑制与无功补偿受到广泛关注。有源电力滤波器(APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,是治理电网谐波与无功的一种有效方法。单周控制理论是20世纪90年代初发展起来的一种大信号、非线性控制技术,与传统控制方式比较,它具有结构简单、控制精度高、响应速度快,且成本低廉的优点。将单周控制应用于APF中,可简化控制电路结构,降低系统成本,并能取得良好的补偿效果,在技术和市场前景上都具有很大的优势,因而研究单周控制的有源电力滤波器具有重大意义。 因此本文以单周控制理论为基础,针对三相三线制系统,对单周控制三相三线制APF进行了详细的理论分析与仿真、实验研究。 本文总结了APF的发展现状、研究方向,及单周控制技术的发展领域与现状,介绍了单周控制应用于APF的研究成果。在阅读了大量文献的基础上,总结了单周控制应用于并联型、串联型APF的各种拓扑类型及相应的控制目标方程,并对单周控制并联型APF在单相、三相三/四线制拓扑下各种控制策略的优缺点,及不同拓扑单周控制APF的应用场合进行了比较。 分析了单周控制技术的概念、原理,介绍了单周控制恒频开关的基本实现。在三相三线制主电路拓扑开关周期平均等效电路的基础上,推导了单周控制三相三线制有源电力滤波器的控制目标方程,并详细分析了其工作原理。研究了主电路及控制电路主要参数的选取依据,给出了其取值范围,为仿真、实验参数的确定提供了理论依据。建立了闭环控制系统框图,应用经典控制方法根轨迹法,得到了电压环校正函数,并在理论及仿真的基础上,总结了校正函数参数与系统性能的关系。 采用所推导的公式确定的系统主要参数,对系统进行了稳态、动态MATLAB仿真验证,并仿真验证了不同的电压环校正函数与系统性能的关系。详细地介绍了实验装置的硬件设计,并进行了实验研究。结果表明主要参数推导理论的正确性,所选取的校正函数在系统动态响应速度与系统冲击两者间取得了良好的折衷,系统具有较好的补偿性能,实验结果基本达到预期目标。