容错型有源电力滤波器控制策略研究

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随着电力电子、自动控制理论以及计算机等技术的飞快发展,大量电力电子设备也逐渐的应用于工业和人们的日常生活中。这些设备不仅给人们带来利益和方便,也给电力系统带来了越来越严重的谐波污染问题。有源电力滤波器(Active Power Filter,有源电力滤波器)是用来抑制谐波一种电力设备,在谐波抑制领域有着广泛的应用。目前通用的主要是六开关滤波器,不具有容错的效果。考虑到容错滤波器的高可靠性,在六开关滤波器基础上本文研究了具有容错效果的四开关滤波器。容错型滤波器能够有效控制谐波的关键问题是如何设计一个良好的控制策略,因此,控制策略是研究的核心问题。本文将针对容错型的控制策略进行深入的研究,本文的工作内容以及创新点主要包括以下几个方面:  (1)理论分析了谐波电流检测方法。有源电力滤波器能够抑制谐波的前提是能够提取出高精度的谐波指令电流。本文首先比较了几种谐波电流检测方法的优缺点,在此基础上选择了d-q法作为容错型滤波器的谐波检测方法。  (2)根据容错型滤波器的拓扑结构,建立了数学模型。容错型滤波器的拓扑结构相对六开关滤波器有了较大的变化。根据基尔霍夫电压电流定律准确的建立状态空间表达式,才能为控制策略的设计打好基础。  (3)在详细分析了状态空间表达式的基础上,根据李雅普诺夫定理设计了容错型滤波器的控制策略。考虑到实际情况中,直流侧的电压相对谐波电流变化相对缓慢,因此在设计电流控制方法的时候把直流侧电压看作常量。本文所提的控制策略首先保证了系统的稳定性,然后使得谐波电流得到了有效的抑制,而且直流侧电压也能够稳定在期望值上。  (4)仿真和实验分析结果证明了本文提出方法的可行性。本文首先用MATLAB/simulink搭建了容错型有源电力滤波器的仿真模型,对以上提出的算法的有效性和准确性进行了验证,然后用实验平台对控制策略进行了验证。和传统六开关滤波器的补偿效果相比较有所降低,但是仍能满足谐波抑制的要求标准。在六开关有源电力滤波器发生故障的情况下,仍能补偿谐波起到了容错的作用。
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