有源电力滤波器及其在配电网中的应用

论文摘要

有源电力滤波器被公认为治理电网谐波、无功污染以及改善电能质量最有效的手段,已成为电力电子技术应用中的研究热点。本文针对并联型有源滤波器进行了较为系统的理论阐述与应用研究,根据有源电力滤波器、无源滤波器各自优点,采用改进模拟退火-粒子群算法对两种滤波装置在配电网进行优化配置,为其在配电网中的实用化奠定了较好的基础。准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流,为有源滤波器控制系统进行精确补偿提供参考信号,是其补偿性能优劣的关键。本文在总结了多种谐波检测方法的基础上,提出了一种改进的谐波电流检测方法,论述了其基本原理,并进行了仿真验证。该方法省去了三相至两相坐标变换及其逆变换,计算量小;适用于电网电压存在一定畸变的情况,具有较好的动态性能和较高的检测精度。选择不同控制方法将直接影响系统响应速度和谐波治理效果。由于有源滤波器系统模型是一个多输入多输出、耦合的非线性系统,基于自适应控制原理、反馈线性化技术和输入输出间功率平衡特性,本文建立了dq坐标下的有源滤波器数学模型,提出了一种新型自适应非线性控制方法。文中设计了参数自适应识辨环节,得到电网瞬时有功参考电流以及系统状态方程,实现了非线性负载参数时变未知情况下谐波电流的精确跟踪,且无需实时检测与计算负载的无功电流成分,保证了直流侧电压的稳定,减小了电容器容量。并将该控制方法分别与重复预测控制和复合控制进行比较分析,结果证明所提出的新型自适应非线性控制方法兼顾了动态性能和控制精度的统一,完全能够适应配电网谐波治理应用的要求。基于无源滤波器能滤除特定次数谐波,结构简单和成本低,有源滤波器具有良好的动态补偿特性,采用改进模拟退火-粒子群算法对两种滤波装置在配电网中进行优化配置,即当配电网结构、参数和谐波电流已知时,在谐波电压等满足约束条件的前提下,对滤波装置的安装地点、安装类型、安装组数和容量参数进行寻优计算。这样可保证网络各节点谐波电压含有率和谐波电压总畸变率在规定限值内,以及滤波装置安全可靠运行的前提下,该优化配置方案能使电网平均电压总畸变率和全网滤波装置的投资成本最小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 谐波研究背景
• 1.1.1 谐波的产生及危害
• 1.1.2 谐波标准
• 1.1.3 谐波抑制措施
• 1.2 滤波装置及优化配置算法的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 滤波装置的国内外研究现状
• 1.2.2 各种滤波装置优化配置算法的国内外研究现状
• 1.3 课题研究背景、主要内容与章节安排
• 第二章 有源电力滤波器的结构特点及原理分析
• 2.1 有源电力滤波器的基本结构
• 2.2 有源电力滤波器工作原理和数学模型
• 2.2.1 有源电力滤波器的基本工作原理
• 2.2.2 有源电力滤波器主电路的数学模型
• 2.3 影响有源电力滤波器补偿性能因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 谐波与无功电流检测
• 3.1 谐波与无功电流检测方法的研究现状
• 3.2 改进的谐波电流检测方法
• 3.3 数字低通滤波器的选择与设计
• 3.3.1 数字滤波器的选择
• 3.3.2 数字滤波器参数设计
• 3.4 检测算法仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 新型有源电力滤波器电流跟踪控制
• 4.1 有源电力滤波器的控制原理
• 4.2 有源电力滤波器数学模型的建立
• 4.3 新型自适应非线性控制
• 4.3.1 反馈线性控制原理
• 4.3.2 反馈线性控制器设计
• 4.3.3 新型自适应非线性控制原理
• 4.4 系统仿真及实现
• 4.4.1 系统构成
• 4.4.2 系统仿真分析与验证
• 4.4.3 有源滤波装置的实现
• 4.5 控制策略比较
• 4.5.1 重复控制
• 4.5.2 复合控制
• 4.6 控制策略性能比较
• 4.7 本章小结
• 第五章 滤波装置在配电网中的应用
• 5.1 滤波装置的优化配置
• 5.1.1 PPF 设计原则
• 5.1.2 APF 的优化配置
• 5.2 改进模拟退火-粒子群算法
• 5.2.1 粒子群优化算法
• 5.2.2 改进的模拟退火算法
• 5.3 配电网中滤波装置优化配置的数学模型
• 5.3.1 目标函数的建立
• 5.3.2 适应度函数的计算
• 5.4 算例分析
• 5.4.1 算法流程图
• 5.4.2 实例分析
• 5.5 算例比较分析
• 5.5.1 多目标与单目标寻优比较
• 5.5.2 不同优化算法的寻优比较
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表论文
• 附录 B 攻读硕士学位期间参与研究项目
• 附录 C 攻读硕士学位期间申请发明专利
• 详细摘要