《三相四线制系统谐波治理研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相四线制系统谐波治理研究（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 三相四线制系统谐波治理研究 姓名：佘煦 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动 指导教师：邹云屏 20090531 I 摘 要 随着大量单相非线性负载的使用，三相四线制系统谐波问题越来越严重。由于零 序分量的存在，三相四线制系统谐波治理不同于三相三线制系统，很多工作尚处于起 步阶段。本文以三相四线制系统的谐波治理为研究内容，对三相四线制系统三电平三 相三桥臂电容中分有源滤波器的关键技术进行了研究。 本文针对应用于三相四线制系统谐波治理的两种典型三电平拓扑（即三电平三相 四桥臂拓扑和三电平三相三桥臂电容中分拓扑）进行了深入的分析，提出了一种三相 四线制三电平统一
2、拓扑结构。该拓扑很好地统一了上述两种典型的三电平拓扑，为定 量的比较两种拓扑提供了依据。建立了统一拓扑结构的等效数学模型，从电流跟踪能 力的角度深入对比了两种拓扑的差异性。此外，从空间矢量的角度出发，比较了两种 拓扑结构的电流补偿能力；从成本和运行稳定性的角度对比了两种拓扑的应用前景。 本文以三电平三相三桥臂电容中分拓扑为研究对象，对电流控制技术进行了研 究。考虑到谐波电流指令的周期性，在 a-b-c 坐标系下引入重复控制策略，对三相进 行独立控制，给出了重复控制器的设计思路。在 d-q-0 坐标系下研究了一种改进型的 无差拍控制策略：采用了输出电流全维状态观测器来消除数字控制系统中控制指令滞
3、 后一拍所带来的影响；采用了重复预测型观测器对谐波电流指令进行预测，满足无差 拍控制的需求。对上述两种方法进行了仿真验证。 本文分析了一种通用型的三维空间矢量调制算法，该算法具有物理意义明显，算 法简单， 可实现性高的优点。 针对三相四线制系统三电平变换器中点电位偏移的问题， 分析了影响中点电位偏移的机理，本项目组提出了“中点平衡因子”的概念。在此概 念的基础上，提出了一种新型三维空间矢量调制算法。该算法在保留通用算法优点的 基础上，加入了对中点电位的控制。最后通过仿真验证了所提出算法的有效性。 在基于 DSP TMS320F2407 的 APF 实验样机上对改进型无差拍控制算法和三维空 间矢
4、量调制算法进行了实验验证。 关键词：三相四线制三电平统一拓扑 重复控制 无差拍控制 三维空间矢量调制 II Abstract Due to large number of single phase nonlinear loads being put into use, harmonic problem in three-phase four-wire system has become more and more serious. Zero sequence current existed in three-phase four-wire system makes the harmonic s
5、uppression quite different from that in three-phase three-wire system and lots of works need to be done. This thesis mainly focuses on harmonic suppression technology in three-phase four-wire system, the key technologies of three-level three-phase three-leg capacitor split inverter based shunt activ
6、e power filter used in three-phase four-wire system are studied in detail. Two typical three-level inverter topologies (three-level three-phase four-leg topology and three-level three-phase three-leg capacitor split topology) are analyzed deeply. A novel unified three-level topology which unifies th
7、ese two typical topologies is proposed for three-phase four-wire system. The mathematical model is established and current tracking ability is compared in detail by using this model. Besides, this thesis also analyzes current compensation ability from the perspective of space vector allocation and a
8、pplication potential from the perspective of cost and stability. Current control strategies are also analyzed in this thesis. Considering the periodical character of reference signal, repetitive controller is adopted in the a-b-c coordinates. Design considerations and processes are given. In d-q-0 c
9、oordinates, an improved deadbeat controller is analyzed. A state observer is adopted to eliminate the effect caused by one beat delay in digital control system; a repetitive harmonic predictor is adopted to predict the harmonic reference in the next beat. Simulation results are given to validate the
10、 effectiveness of these two strategies. A generalized 3-D space vector modulation scheme which is suitable for digital implementation is analyzed. According to the neutral point unbalance problem in three-level converter used in three-phase four-wire system, the mechanism of effect on neutral point
11、unbalance is analyzed and a concept named “Factor of neutral point balance” is proposed. Based on this concept, a novel 3-D space vector modulation scheme which can III suppress the neutral point unbalance without adding commutation complexity is proposed. Simulation results verify the validity of p
12、roposed method. A prototype based on DSP TMS320F2407 is established, experimental results for improved deadbeat control and novel 3-D space vector modulation are given to demonstrate the correctness of theories above. Keywords: Unified three-level topology Repetitive control Deadbeat control 3-D spa
13、ce vector modulation 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出 贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文
14、的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 1 绪论 1.1 三相四线制系统中谐波问题三相四线制系统中谐波问题 随着高新技术的发展特别是信息技术的发展，基于计算机，微处理器，测量，分 析及工业生产控制系统的大量使用，信息的传输和互联网应用日益普及，全球互联网 用户已经超过了 10 个亿。这些设备大都是单相非线性负载，向电网注入了大量的谐 波。根据日本电气协会发表的一项关
15、于谐波源的调查报告1，在各行各业产生的谐波 量分布中，民用建筑产生的谐波量占总数的 40.6%，其次是铁路，冶金，机械制造等， 图 1.1 说明随着各种办公机器和家用电器日益普及， 这些负荷已经成为谐波干扰的主 要来源。 图 1.1 谐波源行业分布 我国 380V 系统均为三相四线制系统，而负荷也通常是三相四线制，三相电流不 完全平衡会导致中线中产生大量的中线电流。 在很多情况下， 为了保证三相电流平衡， 在大型建筑系统综合设计时，需要综合考虑建筑系统中三相负载的合理，均匀分配。 事实上，大量单相负荷的存在使得想要合理分配负荷变得异常困难，且投入使用后的 负载变化也是不可预知的。中线电流过大会
16、烧毁中线，导致中线和系统零点断开，引 起中电点位的偏移，某些相与中点间的电压可能会突然升高，烧坏电器设备。表 1.1 为某实验室一个工作日内三相电流和中线电流的分布情况1。可以看出来，由于三相 电流严重不平衡，中线电流很大，且畸变率严重。从电网的角度而言，这种不平衡负 2 荷会严重影响电能的质量，需要进行谐波治理。此外，在配电网中，民用电的时间分 布是有规律的。在冬夏两季，电风扇，空调等调温设备的大量使用使得用电量增多， 这些单相设备的使用必然会带来系统谐波的增加。从一天的负载的情况来看，早上和 晚上是居民用电的高峰期，大量的家用电器都同时投入使用，而在其余的时段里，非 线性负载相对较少。因此相比于其他系统的谐波问题，三相四线制系统的谐波有如下 几个特点： （1）用电设备的使用有周期性的高峰，谐波出现时间集中统一，通常是大量的涌 入和推出电网。 （2） 由于电负荷密度夏， 冬两季要高于春， 秋两季, 注入系统的谐波含量相对较大。 即三相四线制系统谐波分布具有季节性强的特点。 （3）系统中线中存在
