并联混合型有源电力滤波器设计与研究

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1、硕士学位论文并联混合型有源电力滤波器设计与研究DesignandStudyonShuntHybridActivePowerFilter作者：魏琛导师：周娟教授中国矿业大学二〇一五年五月中图分类号TN713学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文并联混合型有源电力滤波器设计与研究DesignandStudyonShuntHybridActivePowerFilter作者魏琛导师周娟申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工程研究方向电能质量控制答辩委员会主席郝继飞评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生魏琛在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生

2、课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本课题的研究是在导师周娟教授的悉心指导下完成的，在本课题的进行过程中,自始至终都得到了导师周娟教授的耐心指导和无私教诲，在此向周娟老师表示深深的感谢和崇高的敬意。感谢伍小杰教授，伍小杰老师对待科学研究的严谨细致一直影响着我们。特别感谢课题组的杜少通博士对我课题的极大帮助，杜少通博士严谨的科学态度和刻苦钻研的精神给我留下了极为深刻的印象并深深影响着我，指引着我在科学的道路上正确前行。非常感谢课题组的刘马隆

3、硕士、高洋硕士、楚程媛硕士、王晓莹硕士、高超绪硕士、杨擎硕士及汪山林硕士对我生活和学习的关心和帮助。此外，论文撰写过程中还得到了课题组陈映、宋振浩、杨宇、王福均、郑婉玉、甄远伟、段崇嵩、李佳、刘刚、唐慧英、董浩、朱玉振、许文强等硕士的热情帮助，衷心的感谢他们。特别感谢我的家人，在我求学的道路上对无私的帮助和关爱，这么多年一直在背后默默的支持着我，使我能全心全意的投入科研学习中，非常感谢他们。感谢各位专家在百忙中对本论文的审阅和指导。摘要近些年来，随着用户对电能质量的要求越来越高，谐波问题越来越受到广泛的关注。谐波的存在，降低了公用电网的电能质量，是电力电子技术发展的重大障碍。混合型有源滤波器

4、(HybridActivePowerFilter，HAPF)综合了无源滤波器(PassiveFilter，PF)和有源滤波器(ActivePowerFilter，APF)的优点，可以根据不同场合的需求改变无源滤波器和有源滤波器的组合方式，结构灵活多变，动态性能好等特点而备受关注。本文以两电平三桥臂并联混合型有源滤波器为研究对象，对其主电路参数设计、变流器调制算法、死区补偿方法、电流环控制策略进行了深入地研究。本文分析HAPF拓扑结构的特点，建立数学模型，分析不同LC滤波器参数对系统各电流的影响，采用矢量轨迹方法，结合谐波源特性和不同LC滤波器的参数，分析HAPF系统直流侧电压取值。依据理论分

5、析，以降低变流器补偿容量为目标，兼顾有源部分直流侧电压值，选取合适的主电路器件参数。传统的空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation，SVPWM)算法调制过程需进行坐标变换，扇区判断，计算各电压矢量作用时间和桥臂开关动作时刻，过程繁琐复杂，控制器运算量大。本文以传统SVPWM算法为基础，依据分类算法的思想，对简化PWM算法进行推导，由三相参考电压的关系直接判断参考电压矢量所在扇区，并得出各桥臂的开关动作时刻，大大减小了计算量，易于数字化实现；同时分析了死区时间对变流器输出电压的影响，采用基于脉冲调整的死区补偿方法，对各桥臂的开关时刻进行相应的调整，抑制死

6、区效应带来的不良影响。通过仿真对简化PWM算法和死区补偿方法进行验证，仿真结果证明了简化PWM算法和死区补偿方法的有效性。由于HAPF的指令电流是多种频率正弦信号的叠加，本文采用改进的PR控制器实现对指令电流的无误差跟踪。分析了PR控制器各参数对控制器性能的影响，在此基础上，总结了PR控制器参数调试的方法；结合HAPF的数学模型，得出控制系统的开环传递函数，对其进行频率特性分析，讨论采用改进PR控制的HAPF的滤波特性；仿真验证采用改进PR控制的HAPF具有较好的滤波性能。根据该拓扑结构HAPF的特殊性，分析采用电流环控制直流侧电容电压和采用二极管整流电路控制直流侧电容电压两种方法对系统的影

7、响；搭建仿真模型，对比两种方法下系统各电流的特性，结合HAPF系统的需求，选取合适的直流侧电压控制方法。基于两电平三桥臂并联混合型有源滤波器实验平台对文中所研究的内容进行实验验证。实验结果证明了简化PWM算法、死区补偿方法、改进的PR控制策略的正确性和LC滤波器参数设计的有效性，HAPF系统具有较好的补偿效果。本论文有图53幅，表格16个，参考文献99篇。关键词：HAPF；简化PWM算法；死区补偿；改进PR控