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基于滑模变结构控制的有源电力滤波器的研究及应用

作　者: 王明菊
导　师: 张昌凡
学　校: 湖南工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 有源电力滤波器(APF) DSP(数字信号处理器) 谐波检测滑模控制(SMC) 指数趋近律 MATLAB仿真
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 334次
引　用: 5次
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内容摘要

有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和改善功率因数的新型电力电子装置。通过向电网送入与原有谐波幅值相等、相位相反的电流,达到改善和提高电能质量的目的。这种技术能对频率和幅值都变化的谐波和无功进行补偿,其补偿特性不受电网阻抗影响,具有响应快、可控性高、自适应性强等特点,克服了传统无源滤波的缺点,因而受到广泛的重视。谐波电流的检测和补偿电流的控制是有源电力滤波器的两个重要环节,直接影响到有源电力滤波器的性能。本文首先对傅立叶检测方法和基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法从理论上详细的进行分析,并进行了仿真建模;然后以并联有源电力滤波器为控制对象,在建立其数学模型的基础上,得出了滑模变结构控制的一般控制律;并给出了一种基于指数趋近律的滑模控制方法,仿真证明该方法可以很好的抑制谐波;为了削弱抖振,加快响应速度,进一步提出了一种变趋近律滑模变结构控制方法,仿真表明该方法效果优于传统滞环控制方法。根据某煤矿谐波污染的实际情况,设计了一套用于6KV高压系统,补偿容量为400kVA的有源电力滤波器装置,通过采用理论分析和实际经验相结合的方法确定了输出电感、直流侧电压、直流侧电容、耦合变压器、输出滤波器等参数。利用Matlab仿真软件对该有源电力滤波器进行了仿真,仿真结果证明该装置滤波效果良好。最后设计了一套以双DSP+CPLD为核心的数模混合控制系统,对硬件系统和软件系统进行了详细介绍。通过现场运行表明该装置运行可靠,谐波抑制效果明显。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-22
  1.1 引言  11
  1.2 谐波问题及其危害  11-15
    1.2.1 谐波及其产生的原因  11-12
    1.2.2 高次谐波的危害  12-13
    1.2.3 主要谐波源  13-15
  1.3 电力谐波抑制技术综述  15-18
    1.3.1 无源滤波器  15-16
    1.3.2 有源电力滤波器  16-18
  1.4 国内外研究现状  18-20
  1.5 研究内容和论文构成  20-22
    1.5.1 主要研究内容  20
    1.5.2 研究路线  20-21
    1.5.3 论文的结构  21-22
第二章谐波电流检测技术  22-31
  2.1 引言  22
  2.2 谐波电流检测技术概述  22-23
  2.3 傅立叶检测方法  23-27
  2.4 基于瞬时无功功率理论的检测方法  27-30
  2.5 小结  30-31
第三章基于滑模变结构的有源电力滤波器控制方法研究  31-51
  3.1 引言  31
  3.2 补偿电流控制技术概述  31-33
  3.3 滑模变结构理论  33-36
    3.3.1 基本思想  33-34
    3.3.2 趋近律  34-35
    3.3.3 控制策略  35-36
  3.4 有源电力滤波器控制系统模型  36-37
  3.5 基于变结构的有源电力滤波器控制系统设计  37-50
    3.5.1 APF 滑模变结构控制的一般控制律  37-38
    3.5.2 APF 指数趋近律滑模变结构控制  38-43
    3.5.3 改进的指数趋近律  43-45
    3.5.4 改进的指数趋近律与传统的滞环控制进行比较  45-50
  3.6 小结  50-51
第四章有源电力滤波器主电路参数的设计  51-68
  4.1 引言  51
  4.2 某煤矿电力装置及谐波污染状况  51-52
  4.3 设计方案  52-53
  4.4 系统容量确定  53-56
    4.4.1 系统谐波分析  53-56
    4.4.2 容量确定  56
  4.5 有源电力滤波器参数设计  56-67
    4.5.1 系统描述  56-58
    4.5.2 主电路直流侧电容C 的选取  58-61
    4.5.3 耦合变压器参数选取  61-63
    4.5.4 主电路交流侧连接电抗器(L)的选取  63
    4.5.5 主电路开关器件的选择  63-64
    4.5.6 逆变器输出滤波器设计  64-67
  4.6 小结  67-68
第五章系统的建模与仿真  68-77
  5.1 引言  68
  5.2 系统模型  68-70
  5.3 控制系统模块  70-74
    5.3.1 直流侧电压控制模块  70-72
    5.3.2 谐波电流检测模块  72-74
    5.3.3 电流跟踪控制模块  74
  5.4 仿真结果  74-76
  5.5 小结  76-77
第六章有源电力滤波器控制系统的实现  77-93
  6.1 引言  77
  6.2 硬件系统设计  77-85
    6.2.1 DSP 控制芯片  78-79
    6.2.2 CPLD  79
    6.2.3 双端口RAM  79-80
    6.2.4 数字I/O 电路  80
    6.2.5 信号调理电路  80-82
    6.2.6 A/D 采样电路  82
    6.2.7 D/A 电路  82
    6.2.8 保护电路  82-83
    6.2.9 同步信号获取电路  83-84
    6.2.10 显示电路  84-85
  6.3 软件系统设计  85-90
    6.3.1 TMS320F240 部分  85
    6.3.2 C32 部分  85-90
  6.4 实验结果与分析  90-92
  6.5 小结  92-93
结论及进一步研究内容  93-95
参考文献  95-99
攻读硕士学位期间的主要成果  99-100
致谢  100

基于滑模变结构控制的有源电力滤波器的研究及应用

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