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三相四线制下并联有源电力滤波器的研究与设计

作　者: 赵春明
导　师: 陈庆国
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 电介质工程
关键词: 谐波动态补偿 并联有源电力滤波器 三相四线制 i_p-i_q算法MATLAB/Simulink
分类号: TN713.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着电力电子装置大量的应用到生产生活当中,它们使电能的转换应用变得更加容易,但同时也给电力系统带来了严重的谐波污染。目前,并联有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)已成为无功和谐波动态补偿的有效手段之一。在三相四线制电力系统中除了无功和谐波需要治理,负载不平衡问题也变得日益突出,因此,本文研究与设计适用于三相四线制下的SAPF来解决这些问题。针对三相四线制SAPF谐波电流检测问题,本文详细的推导基于瞬时无功理论的i p ? iq算法,论证它无需改进即可直接应用到三相四线制系统里;选择了滞环比较法作为补偿电流的控制策略;采用了分工明确的四桥臂变流器作为主电路,并推导出四桥臂变流器工作模式和开关系数;对容量为5kVA的SAPF主要参数进行了详细的分析与计算;此外,对以DSP TMS320F2812为核心控制系统进行了设计,详述各部分电路的功能,制作了PCB板,并调试控制硬件电路,表明控制板可以良好的运行且满足设计要求。文章的最后,利用MATLAB/Simulink软件,搭建了仿真平台,对主电路出线电感参数和软启动方案进行单独仿真分析,证明电感值参数选择的合理和软启动方案可行。对SAPF和所要补偿的系统进行了整体仿真,结果证明在所选参数下,能够对平衡和不平衡非线性负载所带来的谐波有很好的动态补偿效果,对不平衡负载有很好的平衡作用;进而也说明检测方法正确,控制策略得当。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 有源电力滤波器的发展概况及类型分析  11-15
    1.2.1 有源电力滤波器的发展及现状  11-12
    1.2.2 电力有源滤波器的结构分类  12-15
  1.3 本课题主要研究内容  15-17
第2章 三相四线制下的谐波电流检测方法及补偿电流的控制策略  17-28
  2.1 常用的谐波检测方法  17-18
  2.2 基于“瞬时无功理论”的谐波电流检测法  18-25
    2.2.1 三相电路的瞬时无功理论  18-20
    2.2.2 p-q 运算方式的谐波检测法  20-22
    2.2.3 适用于三线四线制的i p? iq 谐波检测法  22-25
  2.3 补偿电流的控制策略  25-27
    2.3.1 主电路变流器的控制  25-26
    2.3.2 直流侧电压的控制  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 并联型三相四线制APF 的主电路设计  28-38
  3.1 主电路形式与结构选择  28-32
    3.1.1 主电路变流器结构选择  28-30
    3.1.2 主电路变流器开关模式  30-32
  3.2 主电路参数设计  32-37
    3.2.1 有源滤波器容量的计算  32
    3.2.2 直流侧电压的确定与电容值的估算  32-34
    3.2.3 主回路器件选型  34
    3.2.4 有源滤波器输出电感的估算  34-35
    3.2.5 有源滤波器输出滤波器的设计  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章 电力有源滤波器控制系统的硬件设计  38-53
  4.1 主控芯片TMS320F2812 及其外围电路的设计  39-44
    4.1.1 TMS320F2812 简介  39-40
    4.1.2 TMS320F2812 时钟电路  40-41
    4.1.3 TMS320F2812 电源电路及控制板辅助电源设计  41-43
    4.1.4 硬件复位电路  43
    4.1.5 目标系统的仿真器连接JTAG  43-44
  4.2 主控电路A/D 转换芯片的选择  44-45
  4.3 同步信号的检测  45-47
  4.4 倍频信号获取  47-50
  4.5 电流信号采样调理电路设计  50-51
  4.6 IGBT 驱动电路的设计  51-52
  4.7 本章小结  52-53
第5章 三相四线制下并联有源电力滤波器系统仿真  53-67
  5.1 基于MATLAB/Simulink 仿真模型的建立  53-57
    5.1.1 带非线性负载的电网系统模块  53-54
    5.1.2 带直流侧电压控制的谐波检测模块及低通滤波的选取  54-56
    5.1.3 PWM 信号发生模块的建立  56-57
    5.1.4 仿真模型的整体结构  57
  5.2 三相四线制下并联型电力有源滤波器的仿真与分析  57-65
    5.2.1 出线电感值对补偿性能影响  57-60
    5.2.2 并联有源电力滤波器的软起启动与直流侧电压的获取仿真  60-62
    5.2.3 负载突变下的三相四线制并联型有源电力滤波器系统仿真  62-65
  5.3 本章小结  65-67
结论  67-69
参考文献  69-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器 > 有源滤波器
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