并联型三相有源电力滤波器的滑模控制方法

论文摘要

有源电力滤波器根据负载电流动态的产生补偿电流,减少电网中的谐波电流和无功功率。现有的并联型有源电力滤波器控制方法鲁棒性较差,在负载电流变化剧烈,特别是负载切换时,补偿效果不理想。但实际电网中的负载变化非常频繁,为了在负载切换时获得好的电流补偿效果,本文将滑模控制理论应用于并联型三相有源电力滤波器,提高控制方法的鲁棒性。本文的主要内容有：1)基于滑模控制理论,提出一种统一控制补偿电流和直流侧电压的有源电力滤波器控制方法。建立并联型有源电力滤波器在αβ坐标系下的跟踪控制模型,以跟踪误差最小为目标提出滑模控制方法。并证明该控制方法的可达性,确定滑模面参数的取值范围。仿真结果验证了该方法的有效性,当电网电流的THD值为21.54%时,补偿后电网电流的THD降为3.75%。2)为了在理论上证明有源电力滤波器滑模控制方法的稳定性,根据直流侧电压的变化远小于补偿电流的变化的特点,将直流侧电压作为常量,简化αβ坐标系下并联型三相有源电力滤波器的数学模型,并在简化模型的基础上采用等速渐近律提出一种滑模控制方法,证明该方法的稳定性。仿真结果表明,本方法不仅能够保证系统稳定,而且在负载发生变化时保证控制方法的鲁棒性。当电网电流的THD值为21.54%时,补偿后电网电流的THD降为3.54%。3)设计了并联型三相有源电力滤波器样机。样机主电路变流器采用PM200CLA120型智能功率模块,控制模块使用TMS320F2812型DSP芯片。由样机的实验波形可知,该样机有效的减小了电网的谐波电流。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 有源电力滤波器的传统控制方法
• 1.3 滑模控制在APF中的应用
• 1.4 本文所做的工作
• 第二章 有源电力滤波器及滑模控制的基本原理
• 2.1 有源电力滤波器工作原理及关键技术
• 2.1.1 并联型三相有源电力滤波器工作原理
• 2.1.2 两相静止坐标系
• 2.1.3 空间矢量调制
• 2.2 滑模控制的基本原理
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 等效控制方法
• 2.2.3 等速趋近律方法
• 第三章 有源电力滤波器的统一模型及其滑模控制方法
• 3.1 统一控制模型
• 3.1.1 三相坐标系的模型
• 3.1.2 两相静止坐标系下的模型
• 3.1.3 跟踪控制模型
• 3.2 统一模型的滑模控制方法
• 3.2.1 滑模函数
• 3.2.2 等效控制
• 3.2.3 达性分析
• 3.3 系统仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 有源电力滤波器的简化模型及其滑模控制方法
• 4.1 简化控制模型
• 4.1.1 两相静止坐标系下的模型
• 4.1.2 跟踪控制模型
• 4.2 简化模型的滑模控制方法
• 4.2.1 滑模函数
• 4.2.2 可达性分析
• 4.2.3 稳定性分析
• 4.2.4 控制离散化
• 4.3 系统仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 5kVA有源电力滤波器样机的研制
• 5.1 系统设计
• 5.1.1 总体结构
• 5.1.2 设计目标
• 5.1.3 系统参数
• 5.2 主电路和驱动电路
• 5.2.1 件介绍
• 5.2.2 工作流程
• 5.2.3 驱动电路
• 5.3 控制模块
• 5.3.1 基本结构
• 5.3.2 调理电路
• 5.3.3 DSP电路
• 5.3.4 软件设计
• 5.4 显示模块
• 5.5 双口RAM
• 5.6 有源电力滤波器实验
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果