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APF直流侧电压的模糊PI控制的研究

作　者: 魏洪实
导　师: 王仲初
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 有源电力滤波器模糊控制电流检测直流电压
分类号: TM761.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在当今的电力系统中，由于电力电子装置和非线性负载的广泛使用，导致电网中无功功率和谐波含量日益增多，对电力系统环境造成了极大的污染，严重影响了电能的质量，因此对电网污染的综合治理迫在眉睫。传统的无源电力滤波器只能补偿特定次谐波，有其局限性。有源电力滤波器(APF)的出现弥补了无源电力滤波器的不足，它既能动态地治理谐波，又能对无功功率进行补偿，因此对有源电力滤波器的研究得到了广泛的重视。本文采用并联型有源电力滤波器，首先介绍了它的工作原理、主电路结构。选用比较成熟的算法—基于瞬时无功功率理论的i p iq法进行谐波电流检测，并把电压环的输出耦合到电流环的有功环路中，控制直流侧电压在一定范围内并减小波动，提高补偿效果；采用PWM三角波比较方式对指令电流和补偿电流进行跟踪控制，得到六路开关器件驱动信号，最后驱动设备产生补偿电流流入电网中。本文着重介绍有源电力滤波器直流侧电压的控制方法。通常对有源电力滤波器直流侧电压采用简单的PI控制，但是PI控制依赖于系统精确的数学模型，鲁棒性较差，容易导致被控系统呈现严重的非线性，具有较大的超调量与静差,响应速度也比较慢。而模糊控制不需要非常精确的数学模型，是解决不确定性系统控制的一种有效途径。模糊控制与PI控制相结合，能够大大提高系统的动态响应与稳态精度,有较好的鲁棒性。本文将介绍两种模糊与PI相结合的控制策略，即模糊PI开关切换控制法和自适应模糊PI控制法。文章采用Matlab2009b对有源电力滤波器模型进行了动态仿真验证，并对各部分模块的仿真结果进行详细分析。最后介绍APF系统的软、硬件实现，采用DSP与FPGA结合的控制板卡，提高各主控芯片的使用效率，用DSP28335编写谐波电流检测算法与电流跟踪控制部分的程序以及Modbus通信协议的程序，使用FPGA编写外接模数转换芯片AD7656的控制程序。本文对有源电力滤波器（APF）的控制系统进行仿真研究，着重研究将模糊控制与PI控制相结合，对APF直流侧电压进行综合控制。仿真结果证明这种控制效果较PI控制有了明显的提高，最后编写主控程序与外围程序。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1. 绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-12
    1.1.1 谐波的产生和危害  10-12
    1.1.2 谐波抑制的意义  12
  1.2 谐波治理的手段  12-14
  1.3 有源电力滤波器的发展  14-15
  1.4 本文的主要研究内容  15-16
2. 有源电力滤波器原理  16-22
  2.1 有源电力滤波器的分类  16-20
    2.1.1 串联型有源电力滤波器  16-18
    2.1.2 并联型有源电力滤波器  18-20
  2.2 并联型有源电力滤波器原理  20-22
3. 谐波电流检测与控制技术的研究  22-34
  3.1 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测法  22-29
    3.1.1 基于 p-q运算的谐波电流检测法  25
    3.1.2 基于i_p-i_q运算的谐波电流检测法  25-27
    3.1.3 i_p-i_q谐波电流检测法的仿真验证  27-29
  3.2 APF 的电流控制策略  29-32
    3.2.1 滞环比较控制方式  29-31
    3.2.2 三角波比较控制方式  31-32
  3.3 APF 的电压控制策略  32-34
4. 直流侧电压的模糊 PI 控制  34-44
  4.1 模糊控制  34-36
    4.1.1 模糊控制的原理  34-35
    4.1.2 模糊控制器的设计  35-36
  4.2 模糊控制器的 Matlab 实现  36-38
  4.3 直流侧的能量交换分析  38-39
  4.4 模糊 PI 控制策略  39-44
    4.4.1 开关切换控制  40-41
    4.4.2 自适应控制  41-44
5. 有源电力滤波器的仿真分析  44-60
  5.1 APF 主电路模型  44-47
    5.1.1 直流侧参考电压的选取  45
    5.1.2 直流侧电容值的选取  45
    5.1.3 开关器件接口电感值的选取  45-46
    5.1.4 高通无源滤波器的设计  46-47
  5.2 电压环为 PI 控制的系统仿真分析  47-54
    5.2.1 谐波电流检测  50-53
    5.2.2 驱动信号与功率因数  53-54
    5.2.3 补偿后电网谐波含量  54
  5.3 模糊与 PI 混合控制的仿真分析  54-60
    5.3.1 模糊 PI 开关切换控制  54-56
    5.3.2 模糊 PI 自适应控制  56-60
6. 系统的软硬件实现  60-74
  6.1 硬件部分  60-63
    6.1.1 APF 主电路的设计  60-61
    6.1.2 DSP 外围电路的设计  61-62
    6.1.3 硬件保护电路的设计  62
    6.1.4 AD7656 在电路中的设计  62-63
  6.2 软件部分  63-70
    6.2.1 主控程序  63-67
    6.2.2 外围程序  67-68
    6.2.3 ModBus 通信  68-70
  6.3 基于 Matlab—RTW 工具箱的直接代码生成  70-74
7. 结论  74-76
  7.1 总结  74
  7.2 今后研究的方向  74-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  80-82
致谢  82-84
作者简介  84-85

APF直流侧电压的模糊PI控制的研究

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