基于无谐波检测控制的三相四线制APF的研究

针对三相四线制低压配电网中存在的谐波污染严重、中性线电流较大的问题,提出了一种基于无谐波检测的三相四线制有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)控制策略。建立了电容中点型三相四线制APF的数学模型,并给出了其中电感、电容主要参数的设计方法。在对比分析谐波检测和无谐波检测控制方法的基础上,选取了更有优势的无谐波检测控制策略,并针对系统中存在的负序以及零序电流分量分别设计了比例谐振(Proportional Resonant,简称PR)控制器。通过Matlab/Simulink软件搭建了三相四线制APF的仿真模型,并对谐波补偿和抑制中性线电流进行了仿真测试,效果显著。最后,以某公司的TMS320F28377为控制器单元核心搭建了实验平台,证实了所提控制策略的可行性。     

基于PI-VPI控制器的三相四开关APF电流直接控制方法

为了提高三相四开关并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)的性能,提出一种基于比例积分-并联矢量比例积分(proportional-integral and vector proportional integral,PI-VPI)电流控制器的网侧电流直接控制方法。通过采用网侧电流直接控制方法,省去了对负载电流和APF输出电流的检测,不但可以减少电流传感器的使用,而且可以降低谐波电流检测精度对APF补偿效果的影响;并将PI-VPI控制引入到电压、电流的双闭环控制策略当中,以提高谐波补偿的精度。实验证明该方法可以将电网电流谐波总畸变率降至5.38%左右,而且具有较快的响应速度。     

模糊PI控制三相四开关并联型APF研究

提供一种低成本的三相四开关并联型有源滤波器(Three-phase Four-switch Shunt Active Power Filter,简称TFS-APF),将其用于中、低压系统,可同时实现谐波电流抑制和无功功率补偿.采用直接将期望得到的电网正序基波电流作为TFSAPF指令电流信号的控制方法.为进一步提高检测算法的响应速度和自适应能力,引入模糊PI控制器.仿真与实验结果均证明TFSAPF及其指令电流检测算法的可行性和有效性.     

三相四线制APF谐波检测和控制策略的研究

提出了针对三相四线制的零序电流分离法和自适应谐波检测法两种检测方法,并对其进行了实验室对比仿真;同时提出了脉宽调制(PWM)滞环控制和重复学习Boost控制方法对三线四线制系统的谐波进行补偿控制,并在实际工程运用中对这两种方法进行验证。     

无权重系数的三相八开关模型预测电流控制

针对三相八开关容错逆变器(ESTPI),提出一种能够抑制直流侧两电容电压不平衡同时无需调整权重系数的模型预测电流控制方法.首先,基于三电平中点钳位型逆变器,分析三相八开关逆变器的拓扑结构与数学模型、电容电压不平衡的原理及构建其数学模型;其次,利用已知的阻感负载数学模型预测电流,为使系统能够在容错控制后稳定运行,以抑制电...     

基于三相四桥臂逆变器的APF预测控制方法的研究

为解决三相四线制不对称电网系统中的谐波污染问题,提出了一种应用于三相四桥臂有源电力滤波器(APF)的控制方法。该方法在T采样时刻预测出T+1时刻的网侧电压和逆变器输出电流值,并根据建立的系统数学模型计算出T+1时刻的参考电压值,然后利用三维电压空间矢量调制得出主电路的控制信号,驱动主电路输出补偿电流以达到消除谐波的目的。此方法能有效降低采样、计算环节带来的延时,具有直流电压利用率高,系统动态响应好的优点。仿真实验证明了该方法的可行性。     

三相四开关APF的SVPWM优化策略研究

针对三相四开关并联型有源电力滤波器(TFSAPF)的直流侧电容电压变化问题,通过分析不同开关模式的电路结构,总结了直流侧电容电压变化的原因,并给出了TFSAPF 4个模值不全相等的有效空间电压矢量对直流侧电容电压的影响.提出了通过检测电容电压差值和电容电流方向来选择不同的等效零矢量以平衡直流侧电压的SVPWM优化策略.针对直流侧中点电位偏移问题,设计了一种基于检测电容中点电流平均值的直流侧电压偏置补偿器.相关的仿真与实验结果均证明了该SVPWM优化策略的可行性和有效性.     

改进单相谐波检测算法在三相四线制APF的应用

三相四线制系统可能会由于三相不平衡负载而产生不平衡电流,普通的谐波检测算法需要对负序有功电流进行补偿,将提高直流侧电容的设计要求。本文推论了补偿不同电流对直流侧电压脉动的影响,分析了对电流进行选择性补偿的重要性。在传统单相谐波检测算法的基础上,提出了一种基于半周期滑窗平均和谐波反馈的改进单相谐波检测方法,可以对电流进行选择性补偿,降低了直流侧电容设计要求,且具有更好的动态性能。在MATLAB中仿真验证了该谐波检测算法及推论的正确性。并以DSP为控制芯片的实验平台实际验证了该检测算法可行性。     

基于无谐波检测环节三电平APF的研究

针对有源电力滤波器谐波检测环节中存在低通滤波器、数字低通滤波器实现复杂,会加重DSP程序的运算负担,且滤波器的截止频率大时快速性高,滤波效果变差,截止频率小时滤波效果好,降低了快速性的问题。在APF常规控制算法等效演化变换的基础上,结合APF电网电压前馈及电流反馈解耦,提出了一种改进的无谐波检测环节的三电平APF控制系统。仿真结果验证了该控制系统的可行性与优越性。     

采用模型预测控制的APF谐波电流补偿的研究

由于有源电力滤波器(APF)传统的电流补偿方式存在谐波电流跟踪控制精度低、实时性差等问题,给出了一种基于模型预测控制(MPC)的优化闭环控制算法,根据过程的历史信息预测将来的输出建立模型,依据预测控制的预测模型、反馈校正和滚动优化等环节实现对APF谐波电流的预测控制。搭建10 kVA并联型APF的实验样机并结合Matlab仿真实验对谐波补偿进行了研究。实验结果表明,采用MPC的谐波电流控制方法能有效降低电流畸变率,抑制谐波电流,谐波电流分量较补偿前降低10倍左右,电流总谐波畸变率(THD)从原来的29%降低到3%,从而验证了MPC算法具有较高的电流跟踪控制精度。     

基于单周控制三相四线制APF的研究

以四桥臂三相四线制有源电力滤波器(APF)为研究对象,针对APF中畸变电流检测的快速实时响应问题,研究APF的单周控制原理与控制策略,提出三相四线制APF的单周控制模型.在分析单周控制四桥臂三相四线制APF开关周期平均模型的基础上,推导出单周控制的关键方程,该方程组描述了在CCM运行模式下电源电流、开关占空比与电压调节器输出电压3个量之间的关系.基于该方程组的一个最简解,建立了单周控制电路模型.最后设计单周控制APF,并对其进行了仿真及实验研究.实验结果表明,该方法实时性好,控制电路结构简单、动态特性好.     

基于广义预测的三相四线制APF控制策略研究

针对有源电力滤波器(APF)系统自身同有延时造成APF补偿性能下降问题,提出了一种基于广义预测控制(GPC)策略。根据GPC理论,设计了三相四线制APF预测控制结构模型,建立了APF的受控自回归积分滑动模型。在此基础上讨论GPC预测控制器的设计方法,实现了对三相四线制APF电流的预测控制。设计了最优控制规律。仿真试验结果表明,广义预测控制具有较好的跟踪能力,克服了系统延时造成的网侧电流存有毛刺的现象。     

无谐波检测控制的三电平APF死区效应补偿策略

为了在无谐波检测控制的三电平有源电力滤波器中根据补偿电流反馈削弱死区效应,本文提出一种适用于无谐波检测控制的三电平有源电力滤波器的补偿电流计算方法。该方法通过分析不同开关状态下有源电力滤波器滤波电感所承受的电压来计算补偿电流,并利用级联延迟信号对消滤波器提高运算的准确性,然后基于计算得出的补偿电流对空间矢量脉宽调制信号进行修正。通过Matlab/Simulink仿真研究表明,该方法不但避免了大量的死区,并且消除了不必要的开关切换,改善了有源电力滤波器的滤波效果。     

基于无谐波检测的角型级联式APF控制策略

角型级联式有源电力滤波器(APF)在中高压和大功率场合的谐波抑制上具有广泛的应用。首先建立了角型级联式APF的数学模型,提出了一种无谐波检测环节的系统控制策略,给出了控制策略中各个环节实现方法。在该控制策略中电流内环采用准比例谐振(PR)控制器,消除了传统APF的谐波检测环节,使得整个控制更加简洁,并同时实现了对谐波电流的无静差跟踪。仿真和实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

考虑中点电压平衡的三相四开关变换器模型预测电压控制

三相四开关变换器作为三相六开关变换器的容错结构,在离网模式下,直流侧电流经电容流入故障相,导致直流侧中点电压不均衡,进而降低了负载侧电能质量,影响电容器寿命。针对此问题,设计一种考虑中点电压平衡的模型预测电压控制策略。首先,对离网模式下的电压矢量进行分析,建立αβ两相静止坐标系下的电压预测模型。在此基础上设计中点电压平衡控制,通过低通滤波器提取直流侧电容中点电压偏差值中的直流分量,经预测模型计算得到电流补偿值。将其代入价值函数求解最优电压矢量,进行模型预测电压控制,实现三相四开关变换器离网模式操作。该控制策略无需锁相环和PWM调制,易于实现。通过仿真及实验,验证了所提出控制策略的有效性。     

四桥臂APF定频模型预测电流控制

针对传统的模型预测控制(model predictive control,MPC)策略采样频率高以及开关频率不固定的缺点,提出一种应用在三相四桥臂APF中的定频模型预测电流控制(model predictive currentcontrol with fixed switching frequency,FSF-MPCC)策略。该方法通过定位电网电压矢量在αβγ坐标系下的位置,根据其所在扇区内的电压矢量对电流变化率的影响,以电流误差最小为目标计算出各电压矢量的作用时间,并结合空间矢量调制原理,使系统定频运行。与传统的MPCC相比,该方法补偿后电流畸变率更小,补偿精度更高,且动态性能优越。仿真与实验均验证了该方法的有效性。     

四开关三相无刷直流电机的直接电流控制

在回顾传统六开关三相无刷直流电机（BLDCM）基本工作原理的基础上，从简化逆变器拓扑结构，降低BLDCM系统成本的角度出发，分析了用四开关逆变器驱动三相BLDCM的工程可行性。针对四开关逆变器固有的非对称电压矢量问题，提出了四开关三相BLDCM的直接电流控制策略。该方法将系统整个工作过程划分为6种工作模式（模式1~模式6）。并对四只功率器件的关断和导通次序作了全新安排，采用滞环控制直接产生驱动BLDCM所需的相电流波形。并且指出在模式1和模式4两种特殊工作状态下，可以通过相电流的独立检测、独立控制，来对非工作相的反电动势效应进行补偿，抑制工作相相电流的畸变。为了验证方案的可行性，设计了具体的实验系统。最终的实验结果表明了控制策略的正确性和有效性。     

基于矢量谐振控制的三相四线制APF控制策略

三相四线制有源滤波器能有效解决0.4 kV低压配电系统中非线性负荷产生的谐波污染、不平衡等电能质量问题。为有效提高其动态性能,该文提出了一种基于矢量谐振控制的三相四线制有源滤波器控制策略。首先,直接将网侧电流、直流母线电压作为状态变量,建立了其在dq0旋转坐标系下的数学模型。其次,该控制策略基于无谐波检测控制原理,利用了矢量谐振控制频率适应性好和稳定裕度大的优点,实现了对交流谐波分量的快速跟踪控制,具有动态响应速度快、稳态精度高、计算量小的特点,并采用delta变换进行了数字化实现。最后,通过研制的30 kV·A实验样机证实了所提控制策略的有效性,取得了预期效果。     

一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法

为了简化三相并网逆变器的谐波补偿控制,同时提高并网逆变器对电网背景谐波电压的抗干扰性能,提出一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法,该方法将本地谐波补偿和抗电网背景谐波电压扰动在三相并网逆变器控制中予以统一考虑。所提控制方法可根据控制目标的不同,在谐波抑制和谐波补偿两种模式下灵活切换。谐波补偿模式,在不需要进行谐波电流检测的前提下,可实现对本地负载谐波电流的有效补偿,简化了谐波补偿时并网逆变器的控制操作;谐波抑制模式,可抑制电网背景谐波电压对逆变器输出电流的负面影响,从而提高并网逆变器的抗干扰能力。通过对同步旋转坐标系下控制器到静止坐标系的等效变换,建立了整个控制系统在静止坐标系的频域模型,分析了系统的频域跟踪特性和稳定性。仿真与实验结果证明了所提方法的有效性。     

基于单位功率因数控制的四桥臂三相四线制APF

随着非线性负载在配电系统中的大量使用,低压配电网的三相不平衡、无功功率和谐波污染问题日益严重,有源电力滤波器以其优良的性能成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段,因而基于单位功率因数的控制方法,研制了一种高性能的四桥臂三相四线制有源电力滤波器。同时提出了一种只需检测电源输入电流及逆变器直流电容电压,而无需实时检测、计算负载谐波电流,直接控制电源电流为与电网电压同相的标准正弦波的控制方法,并对其稳态及动态行为进行了详尽分析;补偿电流的控制策略采用比例积分控制和三角波调制。以此研制了一台10kVA四桥臂三相四线制有源电力滤波器实验样机,理论分析、仿真及实验结果均证明了该有源电力滤波器可有效地补偿三相四线制系统中的谐波、无功功率和三相不平衡,系统控制简单,动态响应快,补偿效果好。