基于混沌频率调制策略的有源电力滤波器关键技术研究.pdf

摘要

摘要

有源电力滤波器（ActivePowerFilter，APF）由于其可以有效地抑制电力系统中

的谐波以及对电网进行无功补偿，故广泛应用于工业、民用和商业等诸多领域。空间

矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidthModulation，SVPWM）变换器是组成APF的

重要部分，它可以生成补偿电流来抵消由于非线性负载产生的谐波和无功分量，从而

使电网电流保持正弦波形且与电网电压相位一致。但是，当SVPWM在固定开关频率

下进行高频率动作时会导致变换器的输出波形在整数倍载波频率处产生较大幅值的

高次谐波，这些高次谐波由于耦合效应会产生电磁干扰（ElectromagneticInter-ference，

EMI），这就导致了APF在补偿非线性负载的谐波分量时性能下降。为了抑制APF的

载频谐波，本文将混沌载波频率调制策略引入了APF系统。在研究过程中，本文主

要的工作和创新性研究成果为：

（1）进行了三相并联型APF系统设计。首先，通过分析APF的系统组成及工作

原理建立了三相并联型APF的数学模型，并且对SVPWM进行了原理阐述；其次，

进行了APF主电路的参数设计，通过理论分析与计算确定了开关频率、交流侧电感、

直流母线电压和直流母线电容的选取，并且完成了并网滤波器的设计。

（2）分析了三相并联型APF的谐波检测技术，包括基于DFT算法的谐波检测

技术以及基于瞬时无功功率理论的p-q谐波检测法和i-i谐波检测法。分别对两种检

pq

测技术的原理进行了阐述与分析。然后，对DFT和p-q和i-i三种检测法进行仿真

pq

对比，分析了三种检测算法各自的优点与缺点。

（3）分析了周期频率调制和混沌频率调制的原理以及频谱分布特性。首先，通

过使用双重傅里叶级数算法对周期频率调制的SVPWM进行了频谱量化计算，给出

了SVPWM在开关频率和整数倍载波频率处存在较大谐波幅值的理论依据。然后，进

一步将上述提到的频谱研究算法推广应用于混沌载波频率调制的SVPWM频谱量化

计算中，得出了混沌载波频率调制可以抑制谐波幅值的理论依据。最后，通过仿真分

析验证了混沌频率调制对比于周期频率调制的优越性。

（4）对传统的双环PI控制策略进行了设计与分析，针对传统双环PI控制策略

的缺点给出了改进措施。首先，设计出了传统PI系统电流内环和电压外环的比例系

数和积分时间常数，并且通过波特图验证了设计的正确性；其次，针对传统双环PI系

统的谐波抑制方面进行了改进，提出了基于混沌控制周期的双环PI控制系统，通过

建立改进PI系统的数学模型完成了参数设计，并验证了所设计系统对波形的跟踪性

和精确性；最后，仿真对比了传统双环PI控制系统与改进双环PI控制系统对谐波抑

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摘要

制的性能，验证了改进的双环PI控制系统在谐波抑制方面的优越性能，证明了本文

所提出策略的正确性。

关键词：有源电力滤波器谐波抑制电磁干扰混沌频率调制PI控制

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Abstract

Abstract

ActivePowerFilter(APF)iswidelyusedinvariousfieldssuchasindustry,civil,and

commercialduetoitseffectiv