主動式電力濾波器之參考模型適應控制設計

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林毅飛(Fei-Yi Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

主動式電力濾波器之參考模型適應控制設計
(Model Reference Adaptive Control Design for a Shunt Active Power Filter System)

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摘要(中)

過去大部分並聯式主動濾波器常用的控制器為比例積分微分控制器。當控制器的參數為固定情況下，面臨不同負載變化時此時控制器的參數可能必須經過重新調整，更不用說當負載是非線性負載的情況下。關於比例積分微分控制器在並聯式主動電力濾波器所發生的問題，本文使用參考模型適應性控制方法，應用於並聯式主動電力濾波器，以改善功率因數與減少輸入電流諧波。本文所採用的並聯式主動電力濾波器，其目的是來追蹤補償電流使得輸入電流為正弦波並與市電同相。由於並聯式主動電力濾波器為雙線性系統難以分析其系統穩定性，因此利用一般線性化的方式，將雙線性系統於以線性化，並解決穩定度的問題。此外，根據Lyapunov穩定理論與Barbalat定理設計出保證系統的漸進穩定。最後以實驗來證明本論文所提出的控制方法之可行。並使用定點式數位訊號控制器來實現控制法則，以改善系統的可靠度、功率因數、電流諧波與降低成本。經實驗證明，本系統可以達到高功率因數之預期目標。

摘要(英)

In the past, most shunt active power filter uses proportional plus integral and differential (PID) control. When using fixed-gain PID controllers, it is necessary to retune them for different operation condition. In view of the above mentioned problems of PID controlled shunt active power filter, an adaptive control for a single-phase shunt active power filter, which uses the model reference adaptive control (MRAC) approach, is proposed to improve line power factor and to reduce line current harmonics. The proposed shunt active power filter is to control the supply current to be a sinusoidal wave with low current harmonics and in phase with the line voltage. Since the shunt active power filter is a bilinear system, it is hard to analysis of the stability of the system. This paper will solve the stability problem by linearizating the system. Besides, using Lyapunov stability theory and Barbalat’s Lemma, an adaptive law is designed to guarantee asymptotical stability for the system. The control law is implemented through a fixed-point digital signal processor (dsPIC30F4012). Finally, experimental results show that the system performance, such as power factor and total harmonic distortion, has been much improved.

關鍵字(中)

★ 諧波
★ 功率因數
★ 參考模型適應控制
★ 主動式電力濾波器

關鍵字(英)

★ power factor
★ model reference adaptive control
★ harmonics
★ Active power filter

論文目次

中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 諧波及其產生原因 2
1.3 解決諧波抑制或功因改善的方法 3
1.4 本文之並聯式主動電力濾波器 5
1.5 論文內容大綱 5
第二章功率因數修正原理 6
2.1 前言 6
2.2 功率因數定義 6
2.2.1 諧波規範 7
2.2.2 功因修正控制方法 11
2.3 主動電力濾波器簡介 14
2.4 全橋式交-直流轉換器分析 14
2.5 雙極性模式分析 15
第三章參考模型適應性控制設計 19
3.1 前言 19
3.2 系統線性化分析 20
3.3 參考模型適應控制器設計 23
3.4系統規格與模型模擬 27
3.5 系統架構與硬體電路設計分析 30
3.5.1 感測及運算控制模組 30
3.5.2 功率級模組 31
3.5.3 電源供應模組 31
3.6 感測及運算控制模組電路分析 32
3.6.1 數位訊號控制器 32
3.6.2 驅動級電路 34
3.6.3 輸出電壓偵測電路 34
3.6.4 電流感測電路 35
3.6.5 零點偵測電路 36
3.7 功率級模組電路分析 36
3.7.1 全橋式交-直流轉換器直流電容設計 36
3.7.2 全橋式交-直流轉換器電感設計 37
3.8 電源供應模組電路分析 37
3.8.1 電源保護 37
3.8.2 EMI濾波器 38
3.8.3 AC/DC整流電路 38
3.8.4 獨立驅動穩定電源電路 39
3.8.5 線性穩定電源電路 39
第四章實驗結果 41
4.1 實驗硬體架構 41
4.2 負載實驗 42
4.2.1固定負載實驗 42
4.2.1電流諧波量測 44
4.2.3諧波失真比較 50
4.2.4 功因與電壓電流諧波補償前後比較 51
4.2.5變載實驗 53
第五章結論與未來研究方向 55
5.1 結論 55
5.2 未來研究方向 56
參考文獻 57
附錄一 60
附錄二 62
作者簡介 63

參考文獻

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[32] 黃英哲、董勝源編著，”TMS320C240原理與C語言控制應用實習”，長高科技圖書。

指導教授

徐國鎧(Kuo-Kai Shyu)

審核日期

2006-7-18

推文