混合有源电力滤波器在电铁谐波抑制中的应用与仿真研究

论文摘要

论文以电气化铁道交-直型电力机车为研究对象,采用并联混合型有源电力滤波器对其产生的谐波进行治理。主要工作是谐波检测算法的研究选取及控制系统的仿真分析,该研究工作对于电铁谐波抑制具有一定的参考价值。论文首先分析电气化铁路谐波的治理现状,并就交-直型电力机车（SS4改进型电力机车）建模,给出机车在一定工况下的谐波特点。分析有源电力滤波器的拓扑结构,通过比较串联、并联和混合型有源滤波器的拓扑特点,针对电力机车电流源型谐波源特性,设计并联混合型有源电力滤波器（PHAPF）的拓扑结构,系统由有源电力滤波器（APF）经耦合变压器串联无源电力滤波器（PF）接入牵引供电网。有源电力滤波器能克服无源电力滤波器滤波能力不足,可能发生谐振等缺点能有效的抑制谐波,并给出了基于最小电容安装法的混合电力滤波器主电路参数模型。论文详细讨论了基于瞬时无功理论的谐波电流检测方法。着重分析ip-iq谐波电流检测法和改进型的ip-iq谐波电流检测法,并将两种算法仿真比较得到适合本系统的电流检测算法。在此基础上,分析并联混合型有源电力滤波器的控制方式,理论上对比分析检测网侧谐波电流控制方式和检测负载侧谐波电流控制方式的控制特性,并选取检测负载侧电流控制方式,能实现对电力机车谐波的理想补偿。控制量由递推PI算法产生,采用滞缓电流跟踪控制产生触发脉冲,针对直流侧电容电压波动的问题,设计了电容电压控制器以维持直流侧电压的恒定。在Matlab/Simulink环境下对方案进行仿真验证,分别仿真分析了补偿前、PF单独作用和PHAPF作用下的网侧电流。结果很好的验证了本文谐波检测算法和控制系统的正确性、精确性和实时性,控制系统具有良好的鲁棒性和较快的动态响应。验证了本文设计的并联混合型有源电力滤波器具有良好的滤波能力,满足电气化铁道谐波抑制的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 谐波的基本概念
• 1.1.1 谐波的定义
• 1.1.2 谐波的危害
• 1.1.3 谐波标准
• 1.2 课题的提出和现状
• 1.2.1 谐波源分析
• 1.2.2 电气化铁路谐波治理现状
• 1.2.3 谐波治理的发展方向
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 混合有源电力滤波器研究
• 2.1 有源电力滤波器的分类和工作原理
• 2.1.1 并联有源电力滤波器
• 2.1.2 串联型有源电力滤波器
• 2.1.3 混合型有源电力滤波器
• 2.2 混合有源电力滤波器主电路设计
• 2.2.1 混合滤波器系统总体设计
• 2.2.2 有源电力滤波器主电路设计
• 2.2.3 无源滤波器设计
• 2.3 小结
• 第3章 有源电力滤波器谐波电流检测方法
• 3.1 谐波电流检测方法介绍
• 3.2 瞬时无功功率理论
• 3.2.1 坐标变换
• 3.2.2 基于瞬时无功功率理论的谐波检测理论
• 3.3 谐波电流检测方法仿真与选取
• 3.3.1 韶山4改进型电力机车工作过程仿真分析
• 3.3.2 构造机车谐波电流源模型
• p-i_q谐波电流检测方法的实现'>3.3.3 i_p-i_q谐波电流检测方法的实现
• p-i_q谐波检测方法'>3.3.4 改进型的i_p-i_q谐波检测方法
• 3.3.5 谐波电流方法的选取
• 3.6 小结
• 第4章 并联混合有源电力滤波器控制方式研究
• 4.1 混合有源滤波器等效电路模型
• 4.2 混合有源电力滤波器的控制方式
• 4.2.1 检测网侧电流控制方式
• 4.2.2 检测负载侧电流控制方式
• 4.2.3 复合控制方式
• 4.3 有源电力滤波器直流侧电压控制方法
• 4.4 混合有源电力滤波器电流跟踪控制
• 4.5 递推积分PI控制算法
• 4.6 小结
• 第5章 系统仿真分析
• 5.1 系统仿真模块介绍
• 5.2 系统控制性能分析
• 5.3 谐波抑制仿真结果分析
• 5.3.1 补偿前网侧电流波形及FFT分析
• 5.3.2 只投入PF后网侧电流波形及FFT分析
• 5.3.3 投入PHAPF后网侧电流波形及FFT分析
• 5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文