三相四线制系统无功谐波电流检测与补偿的研究

近年来,随着电力电子技术的发展,各种电力电子装置得到了广泛应用。它们一方面给电能的变换应用带来了方便,另一方面又给电力系统带来了严重的无功和谐波污染。有源电力滤波器作为一种新型的电力电子装置,可以有效地补偿电网谐波及无功电流,它具有很好的实时性和准确性的工作特点。因此,有源电力滤波器得到了广泛的研究,并开始进入工业应用阶段。 本文首先叙述了谐波抑制和无功补偿技术的发展现状,介绍了现有的各种基于频域和时域无功谐波电流检测方法的原理及其优缺点,有源电力滤波器的工作原理及其按不同标准的分类情况等。 影响有源电力滤波器性能的两个关键环节是无功谐波电流检测环节和电流跟踪控制环节。本文的重点是研究三相四线制系统中基于瞬时无功功率理论的无功谐波电流检测方法和补偿指令电流的跟踪控制。为解决在三相四线制系统中无功谐波电流的实时检测问题,本文先对三相三线系统下的瞬时无功功率理论和无功谐波电流检测方法进行了研究。在此基础上,对如何将三相电路瞬时无功功率理论延伸到三相四线制系统下进行了详细的研究,给出了三相四线制系统下的瞬时有功功率、瞬时无功功率和瞬时零序功率的定义及其各自的含义,并对三相四线制系统下瞬时无功功率理论的p - q-0检测法和ip - iq-i0检测法进行了的仿真和对比研究,通过仿真研究发现了两种检测方法在不同应用情况下的优缺点。并在此基础上增加了平衡直流侧电容电压的控制,给出了仿真结果。文中通过对跟踪型PWM控制方式的对比研究,本文最后选择三角波比较方式控制补偿指令电流。 有源电力滤波器的数字化控制器控制信号的离散化过程中,引起数字控制器的控制产生严重的延时。为解决数字化控制器的延时问题,本文以基于自适应滤波器的预测算法作为研究对象。对基于自适应滤波器的预测算法在无功谐波电流检测中的应用进行了深入的理论和仿真研究。 由于对零线电流补偿方法的不同,有源电力滤波器的主电路结构形式和控制方式有所不同,比较并联型有源电力滤波器主电路的两种常见形式,从中选择了三相电压型变流器的主电路形式,给出了不同主电路结构APF的控制方法及其相应的直流侧电压控制方法,对有源电力滤波器的容量和开关器件进行了选择,计算出适合该装置的连接电感和直流侧电容容量的参数。在此基础上,给出了采用TMS320F2812和AT89S51双CPU控制系统并联型有源电力滤波器的硬件电路设计和系统的软件设计。 通过对并联型三相四线制有源电力滤波器的算法和参数设计进行仿真实验分析,结果证明了所提出方法的可行性。最后对全文的工作进行了系统的总结,指出了其中的不足,并就今后的研究工作内容作了展望。