油田电网谐波检测与APF控制技术的研究

论文摘要

为了提高原油产量和综合经济效益,在油田配电系统中投入大量电力半导体装置,日益增多的用电节能系统给油田电网注入大量谐波,污染电网。“电力污染”问题不仅给油田生产造成很大的损失,还危及电网的运行安全。有源电力滤波器(APF)是抑制谐波、提高电网供电质量的有效方法。有源电力滤波器中畸变电流的检测与控制方法不仅是决定其补偿性能的关键因素,而且也影响到有源电力滤波器的应用范围。本文主要研究有源电力滤波器畸变电流检测和控制的新方法,以适应现代电力系统的多变性及有源电力滤波器不同应用的要求。首先,在对电力谐波的产生、危害及目前最新的治理措施进行必要的论述和分析的基础上,对四相和三相APF进行分析比较,确定了本系统的主电路为三相四线结构;对主电路分析计算确定主开关元件,对主开关元件的保护电路进行详细分析,给出具体保护电路,并对缓冲保护元件进行设计;分析了APF主电路的开关频率,并讨论了参数之间的相互关联;提出了基于分量法的电容电压波动的估算方法,导出直流侧电容容量与电容电压纹波的关系,基于这个关系,可以对有源电力滤波器直流侧电容值进行设计,并通过仿真验证其正确性;同时基于电流跟踪性能要求对电感值进行设计。其次,总结了当前主流的谐波检测方法,提出了一种基于小波神经网络的谐波检测方法。从谐波电流检测的实时性和准确性来考虑,采用基于噪声抵消原理的自适应检测法与神经网络相结合的方法,提出了基于噪声抵消原理的免疫算法的径向基函数神经网络谐波检测方法,通过仿真实验证明了该方法具有学习收敛速度快、精度高的特点,能实时检测出电网的谐波电流。最后,对APF的控制方法进行研究,通过对空间电压矢量PWM控制进行具体分析,对APF的空间矢量调制电流跟踪控制方法进行了具体分析,通过仿真验证该算法的正确性和有效性;综合考虑APF的电路参数、开关频率改变和直流侧电压的波动的适应性,提出矢量单周控制方法。通过仿真结果证明,采用这种控制方式的APF能够动态地对电流谐波和无功进行有效补偿,采用该控制方法的APF具有简单、可靠、鲁棒性好、控制精度高、效率高等优点。通过本文的研究工作,对油田电网谐波抑制装置的实验系统的开发起到一定的指导和参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 创新点摘要
• 绪论
• 0.1 课题背景及研究的意义
• 0.2 国内外谐波检测及抑制技术的研究现状及发展趋势
• 0.3 课题的来源及主要研究内容
• 第一章 谐波的产生和抑制
• 1.1 油田谐波的产生
• 1.2 谐波的限制标准
• 1.3 APF 的分类及对比
• 1.4 本章小结
• 第二章 有源电力滤波器的电路设计
• 2.1 APF 主电路的结构及容量
• 2.2 逆变器设计
• 2.3 APF 直流侧电容值的选择
• 2.4 出线电感的选择
• 2.5 本章小结
• 第三章 电力系统谐波检测
• 3.1 基于瞬时无功功率理论的谐波检测
• 3.2 基于小波变换的谐波检测
• 3.3 基于神经网络理论的谐波检测
• 3.4 基于小波神经网络的谐波检测法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于IRBFNN 的谐波电流检测方法
• 4.1 免疫系统的概念和特点
• 4.1.1 免疫系统概念
• 4.1.2 免疫系统的特点
• 4.2 人工免疫学习算法
• 4.2.1 人工免疫算法的算子
• 4.2.2 人工免疫算法的流程
• 4.3 免疫算法的特征
• 4.4 人工免疫神经网络
• 4.4.1 免疫神经网络模型
• 4.4.2 免疫神经网络学习算法
• 4.5 基于免疫算法的径向基函数神经网络
• 4.5.1 RBF 神经网络结构
• 4.5.2 径向基函数和输出层的线性映射
• 4.5.3 径向基函数神经元模型
• 4.5.4 RBF 网络的学习策略
• 4.5.5 免疫算法的收敛性
• 4.5.6 IRBF 算法的疫苗提取
• 4.5.7 IRBF 算法实现
• 4.6 仿真分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 有源电力滤波器的控制方法
• 5.1 APF 的基本控制方法
• 5.1.1 三角波调制法
• 5.1.2 滞环比较电流控制
• 5.1.3 无差拍控制
• 5.2 空间电压矢量PWM 的基本原理
• 5.2.1 理论基础
• 5.2.2 开关状态表及状态表达式
• 5.2.3 控制矢量
• 5.3 APF 的空间矢量调制电流跟踪方法
• 5.3.1 电压空间矢量调制应用于电流跟踪的原理
• 5.3.2 仿真及电流跟踪特性分析
• 5.4 APF 矢量单周控制
• 5.4.1 APF 矢量单周控制
• 5.4.2 仿真结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要