为更好地实现可再生能源的应用并不断提高能源的有效利用率，越来越多的科技工作者开始关注微电网这一全新的研究领域，而微电网关键技术之一——微电网电能质量更是受到了广泛的关注。本文在阐述微电网概念诞生背景的基础上，分析了微电网电能质量问题及研究现状，针对应用于微电网的有源电力滤波器，提出了具有针对性的谐波阻尼复合控制和电网电压前馈控制策略，通过仿真和实验对本文所提出的算法进行了验证。 首先，对应用于微电网的有源电力滤波器的拓扑结构进行了选择分析，在进行数学建模与运行分析的基础上，完成了关键元器件的参数选型，实现了有源电力滤波器的功率电路。对应用于微电网的并联型有源电力滤波器的控制系统进行了研究，针...With society developing, studying in improving the application of renewable clean energy, in improving the effective utilization of energy, in realizing the sustainable development urges more and more scientific and technologic engineers to forcing on the Micro-Grid. Furthermore, improving the quality of Micro-Grid power, one of the key technologies of Micro-Grid, has got a widespread attention. T...学位：工程硕士院系专业：物理与机电工程学院_仪器仪表工程学号：1992011115280

张琳

Xiamen University Institutional Repository

学校编码：10384                                  分类号    密级       学    号：19920111152803                                   UDC              硕  士  学  位  论  文   应用于微电网的并联型有源电力滤波器的研制 Development of A Shunt Active Power Filter for Micro-Grid  张  琳   指导教师姓名： 洪 永 强  教 授 专  业 名 称：仪 器 仪 表 工 程 论文提交日期： 2014 年 4 月  日 论文答辩时间： 2014 年 5 月  日 学位授予日期： 2014 年 5 月  日     答辩委员会主席：           评阅人：             2014 年 月 厦门大学博硕士论文摘要库厦门大学博硕士论文摘要库   厦门大学学位论文原创性声明  本人呈交的学位论文是本人在导师指导下,独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和《厦门大学研究生学术活动规范（试行）》。 另外，该学位论文为（                            ）课题（组）的研究成果，获得（               ）课题（组）经费或实验室的资助，在（               ）实验室完成。（请在以上括号内填写课题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特别声明。）  声明人（签名）：           年   月   日  厦门大学博硕士论文摘要库厦门大学博硕士论文摘要库   厦门大学学位论文著作权使用声明  本人同意厦门大学根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文（包括纸质版和电子版），允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： （     ）1.经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于   年  月  日解密，解密后适用上述授权。 （     ）2.不保密，适用上述授权。 （请在以上相应括号内打“√”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。）                               声明人（签名）： 年   月   日 厦门大学博硕士论文摘要库厦门大学博硕士论文摘要库摘  要 I 摘  要 为更好地实现可再生能源的应用并不断提高能源的有效利用率，越来越多的科技工作者开始关注微电网这一全新的研究领域，而微电网关键技术之一——微电网电能质量更是受到了广泛的关注。本文在阐述微电网概念诞生背景的基础上，分析了微电网电能质量问题及研究现状，针对应用于微电网的有源电力滤波器，提出了具有针对性的谐波阻尼复合控制和电网电压前馈控制策略，通过仿真和实验对本文所提出的算法进行了验证。 首先，对应用于微电网的有源电力滤波器的拓扑结构进行了选择分析，在进行数学建模与运行分析的基础上，完成了关键元器件的参数选型，实现了有源电力滤波器的功率电路。对应用于微电网的并联型有源电力滤波器的控制系统进行了研究，针对微电网的特殊性，提出将电网电压谐波阻尼控制与前馈控制加入到常规的电流控制回路中，构成复合控制，以实现对微电网电压谐波的抑制与电流控制作用的强化。 随后，设计并实现了基于 TI 公司 32 位定点 DSP TMS320F2812 的有源电力滤波器的控制系统，其中电路设计部分主要包括主控芯片 DSP 及其外部接口、信号采样和调理电路、硬件保护电路等；程序设计部分主要介绍了基于 DSP/BIOS系统编写的系统软件。 最后，设计并搭建了包含电网、微源、非线性负载等的实验平台，基于此将本文所述的控制方法应用到实验系统中，实验结果和数据表明，本文所设计的控制算法能够较好的完成对微电网电流谐波和电压谐波的补偿，并能够很好的抑制谐振。  关键词：并联型 APF；微电网；谐波补偿 厦门大学博硕士论文摘要库厦门大学博硕士论文摘要库Abstract III Abstract With society developing, studying in improving the application of renewable clean energy, in improving the effective utilization of energy, in realizing the sustainable development urges more and more scientific and technologic engineers to forcing on the Micro-Grid. Furthermore, improving the quality of Micro-Grid power, one of the key technologies of Micro-Grid, has got a widespread attention. This paper based on the birth of Micro-Grid as a background, and then summaries and analyzes the current status of treatment to Micro-Grid power quality through the characteristic of Micro-Grid harmonic and its power quality. Aiming at the active power filter applied in the Micro-Grid, some research is carried on. First of all, the paper analyzes and selects the topology of active power filter which is applied in Micro-Grid, describes its system structure and composition, its applications and its advantages and disadvantages. Based on mathematical modeling and the active power filter applied in Micro-Grid, the paper finishes the selection of key components and the calculation of its parameters, and also finishes the circuit of main power circuit and IPM drive circuit. With that, the paper makes a research in the control system which is applied in the shunt active power filter for Micro-Grid. Aiming at the particularity of Micro-Grid, the paper analyzed and simulated the control algorithms, a damped harmonic composite control algorithm and an algorithm with voltage feed-forward on shunt active power filter control system for Micro-Grid. Then, the paper implements the control system based on a DSP called TMS320F2812 with 32-fixed-point of TI Company. Circuits, mainly including the main control chip of DSP with its external interfaces, signal acquisition and processing circuit, protection circuit and so on, and system software, including the program of the control algorithm based on the BIOS system of DSP, compose the control system. Finally, the paper builds an experiment platform which contains grid, micro source and nonlinear load, .etc. and applies the control methods which are described 厦门大学博硕士论文摘要库Development of A Shunt Active Power Filter for Micro-Grid IV in this paper to the active power filter for Micro-Grid based on the platform. The results show that the proposed control algorithm not only can compensate the current harmonics and the voltage harmonics of Micro-Grid, but also can eliminate the possibility of the grid resonance.  Keywords: Shunt Active Power Filter; Micro-Grid; Harmonic Compensation 厦门大学博硕士论文摘要库目  录 V 目  录 第一章  绪论 ............................................................................................................... 1 1.1 微电网的发展与应用现状 .................................................................................. 1 1.2 微电网电能质量分析 .......................................................................................... 4 1.3 微电网电能质量控制措施及治理现状 .............................................................. 5 1.4 论文主要研究内容及章节安排 .......................................................................... 7 第二章  APF 的整体电路结构设计........................................................................... 9 2.1 APF 的基本拓扑结构 ........................................................................................... 9 2.2 APF 的电气模型建立与运行分析 ..................................................................... 10 2.3 功率电路设计 .................................................................................................... 15 2.4 本章小结 ............................................................................................................ 20 第三章  应用于微电网 APF 的控制策略设计 ....................................................... 21 3.1 APF 的控制要求 ................................................................................................. 21 3.2 APF 的谐波阻尼复合控制 ................................................................................. 22 3.3 电网电压前馈控制策略 .................................................................................... 26 3.4 仿真分析 ............................................................................................................ 28 3.5 本章小结 ............................................................................................................ 32 第四章  APF 的控制系统设计 ................................................................................. 33 4.1 控制系统电路设计 ............................................................................................ 33 4.2 控制系统程序设计 ............................................................................................ 41 4.3 本章小结 ............................................................................................................ 46 第五章  APF 的调试 ................................................................................................. 47 5.1 实验方案设计与实验平台搭建 ........................................................................ 47 5.2 整机调试与实验结果 ........................................................................................ 49 5.3 本章小结 ............................................................................................................ 52 第六章  总结与展望 ................................................................................................. 53 6.1 工作总结 ............................................................................................................ 53 厦门大学博硕士论文摘要库应用于微电网的并联型有源电力滤波器的研制 VI 6.2 工作展望 ............................................................................................................ 54 参考文献 ..................................................................................................................... 55 攻读硕士学位期间取得的科研成果 ......................................................................... 59 致  谢 ......................................................................................................................... 61 厦门大学博硕士论文摘要库Table of Content VII Table of Content 1 Introduction ............................................................................................................... 1 1.1 Development and Application of Micro-Grid .................................................... 1 1.2 Analysis of Micro-Grid Power Quality .............................................................. 4 1.3 Treatment Method and Status of Micro-Grid Power Quailty .......................... 5 1.4 The Main Research and Chapter Arrangement ................................................ 7 2 The Design of APF Circuit ....................................................................................... 9 2.1 The Topology of APF ........................................................................................... 9 2.2 The Model and Working Principle of APF ...................................................... 10 2.3 The Design of Power Circuit ............................................................................. 15 2.4 Summary ............................................................................................................. 20 3 The Control Strategy of APF for Micro-Grid ....................................................... 21 3.1 The Control Requirements of APF ................................................................... 21 3.2 The Damped Harmonic Composite Control Algorithm ................................. 22 3.3 The Voltage Feed-forward Control Algorithm ................................................ 26 3.4 Simulation and Analysis .................................................................................... 28 3.5 Summary ............................................................................................................. 32 4 The Design of APF Control System ....................................................................... 33 4.1 The Design of Control Circuit ........................................................................... 33 4.2 The Design of Control Program ....................................................................... 41 4.3 Summary ............................................................................................................. 46 5 Experiment Verification ......................................................................................... 47 5.1 Design and Building of Experiment Platform ................................................. 47 5.2 Debugging and Experiment Results ................................................................. 49 5.3 Summary ............................................................................................................. 52 6 Conclusion and Outlook ......................................................................................... 53 厦门大学博硕士论文摘要库Development of A Shunt Active Power Filter for Micro-Grid VIII 6.1 Conclusion .......................................................................................................... 53 6.2 Prospect for Future Work ................................................................................. 54 References ................................................................................................................... 55 Publications and Rewards ......................................................................................... 59 Acknowledgement ...................................................................................................... 61 厦门大学博硕士论文摘要库第一章  绪论 1 第一章  绪论 随着社会的发展，微电网的发展吸引了越来越多科研及工程工作人员的关注，对微电网关键技术之一的电能质量问题进行研究具有重要的科学意义和深远的社会意义。本章在阐述微电网概念诞生背景的基础上，从微电网的谐波特性以及其电能质量问题治理等方面总结分析了目前微电网电能质量治理的研究现状，最后介绍了本文的主要研究内容以及章节安排。 1.1 微电网的发展与应用现状 随着电力需求的不断增长，大电网在过去数十年里体现出来的优势使其得以快速发展，成为主要的电力供应渠道。然而，这种供电模式也存在很多弊端：运营成本高、控制难度大、难以满足用户越来越高的安全性和可靠性要求。尤其是近几年来，世界范围内接连几次的大面积停电事故以后，大电网的脆弱性被充分的暴露出来，这使得分布式发电(Distributed Generation，DG)日益受到重视[1]。分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至 50 兆瓦的小型化、模块化、分散化、布置在用户附近为用户供电的连接到配电系统的小型发电系统；是一种广泛应用于工业设施、医院、学校、商场、写字办公楼等备用发电单元，备用单元紧靠负载安装，避免了输电成本和相关的输电损耗。随着光伏发电、风力发电、微型燃气轮机等经过长期的发展，在技术上取得长足进步的同时价格也在不断降低，这为分布式发电的普及提供了可能[2]。 分布式发电能有效地缓解电网局部拥挤问题，实现有功功率和无功功率的就地补偿，具有提供调节峰值频率的功能、优化电网结构、降低电网损耗等优势。微电网(Micro Grid，MG)，正是能发挥分布式发电优势的小型电网，实现本地区域电力的自给自足，缓解大电网日益庞大的规模所带来的稳定性和灵活性下降等问题，是未来智能电网发展的一个重要组成部分，实现可持续发展要求的重要途径。 微电网是分布式发电的一种组织形式，由美国学者 Lasseter 于 2004 年在Montreal 举行的国际电网会议上正式提出。目前，微电网尚没有确切的为全世界所认可的定义，但是通常认为微电网是指将一定区域内分散的微源 (Micro 厦门大学博硕士论文摘要库应用于微电网的并联型有源电力滤波器的研制 2 Source，MS)组织起来形成一个微型网络为本区域的负荷供热、冷和电或与传统大电网并联，微源即分布式发电单元。这样，微电网既可以与大电网并联，形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。现有研究和实践表明，将分布式发电供能系统以微电网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式[1-3]。 以欧盟、美国和日本为代表，他们积极推广微电网技术，并且已经取得了一定的进展。欧盟把微电网定义为：充分利用一次能源，将小的、模块化的分布式电源互联，能实现冷、热、电联供，配有储能装置，连接到低压配电网的系统[4]。他们的实验室微电网结构如图 1. 1 所示，光伏(Photovoltaic，PV)、燃料电池和微型燃气轮机通过电力电子接口连接到微电网，小的风力发电机直接连接到微电网，中心储能单元被安装在交流母线侧。  图 1. 1 欧盟微电网结构 美国电气可靠性技术解决方案联合会(CERTS)和威斯康辛大学定义微电网为：微电网是一个由负载和分布式电源组成的独立可控系统，对当地提供电能和热能[5]。相应微电网结构如图 1. 2 所示，它采用微型燃气轮机和燃料电池作为主要的电源，储能装置连接在直流侧与分布式电源一起作为一个整体通过电力电子接口连接到微电网。 厦门大学博硕士论文摘要库Degree papers are in the “Xiamen University Electronic Theses and Dissertations Database”. Fulltexts are available in the following ways: 1. If your library is a CALIS member libraries, please log on http://etd.calis.edu.cn/ and submitrequests online, or consult the interlibrary loan department in your library. 2. For users of non-CALIS member libraries, please mail to etd@xmu.edu.cn for delivery details.厦门大学博硕士论文摘要库

Development of A Shunt Active Power Filter for Micro-Grid

http://dspace.xmu.edu.cn/bitstream/handle/2288/84073/%e5%ba%94%e7%94%a8%e4%ba%8e%e5%be%ae%e7%94%b5%e7%bd%91%e7%9a%84%e5%b9%b6%e8%81%94%e5%9e%8b%e6%9c%89%e6%ba%90%e7%94%b5%e5%8a%9b%e6%bb%a4%e6%b3%a2%e5%99%a8%e7%9a%84%e7%a0%94%e5%88%b6.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Development of A Shunt Active Power Filter for Micro-Grid

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Xiamen University Institutional Repository