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- 航空有源滤波器关键技术研究
- 作者： 罗颖鹏 来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空有源电力滤波器 控制机理解析 电网电流闭环控制 负载基波电流前馈 级联型拓扑
- 描述： 随着飞机“多电化”进程的发展,航空电源系统的系统容量不断增加。机载电子设备、电作动装置的大量应用在提高飞机舒适性和先进性的同时,也使得航空电源系统中的电能质量问题愈发凸现。谐波、无功等电能问题降低了发电设备、用电设备的工作性能与使用寿命,严重影响了航空电源的供电质量以及飞机的正常工作。有源电力滤波(Active Power Filter, APF)技术作为一项调节电能质量的先进技术,因其显著的性能正得到越来越广泛的关注与研究。将APF技术引入航空电源系统,解决其中的电能质量问题,成为一种探索中的新方法。对于并联型APF的经典控制思想,主要包含两大关键模块——基准产生模块和电流跟踪模块。基准电流快速、准确的产生奠定了APF补偿的基础,良好的电流跟踪性能决定了APF的补偿效果。基于上述思想,本文的研究内容主要体现在以下两个方面:一是研究常规的电流基准产生方法,通过理论推导、数学建模等方法,寻求一种适合航空应用背景的APF全局控制方法;二是研究适应航空高频化需求的APF主电路拓扑及其相应的电流控制策略,提高航空有源滤波系统的带宽以及整体补偿效果。本文第二章以并联型APF为对象,通过对基于“pq”瞬时无功功率理论的APF经典控制方法展开研究,结合其控制框图的推衍和演化,通过数学推导揭示了APF典型控制方法之间的内在关联和机理特征。这为基于电网电流闭环控制航空有源滤波系统的提出奠定了理论基础。第三章在对开环控制和闭环控制进行对比研究的基础上,提出了以电网电流闭环控制作为航空有源滤波系统控制策略的设想。针对传统电网电流闭环控制动态响应较慢的问题,通过建模分析,揭示了导致这一缺陷的内在原因,并针对性地提出对扰动量——负载基波电流进行前馈补偿。仿真和实验结果表明,基于电网电流闭环反馈控制的并联型APF能够很好的补偿系统中的各种非线性负载,前馈补偿显著地提高了航空APF系统的动态响应与实用性。第四章,针对航空电网的特点,研究了一种基于级联型逆变器拓扑的并联型APF。对于级联型APF电压控制这一关键问题着重做了深入研究,给出了一种新颖的直流侧电压均衡控制策略。仿真结果表明,级联型APF能在相对一般的开关频率下有效的补偿不同电网频率下的非线性负载,专项的均压仿真也验证了新型电压控制策略的有效性,系统具有较好的实用性。基于二、三、四章的研究成果,本文研制了一套高性能航空有源滤波系统。该系统以电网电流闭环控制为并联型APF的全局控制策略,通过引入负载基波电流前馈补偿提高系统的动态性能,利用载波移相脉宽调制策略配合级联型逆变拓扑能够显著提高APF的系统带宽以及电流跟踪性能。该系统结构简单、模块化设计,可以灵活地补偿单相及三相负载。文中给出了一台补偿负载功率为10kVA的高性能航空有源滤波系统的硬件设计方法。实验结果表明,该滤波系统能够较好的补偿航空电网中的各种非线性负载,从而验证了该新型航空有源滤波系统的优秀性能以及前文理论推导的正确性。