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基于DSP的有源滤波装置谐波检测及其控制策略的研究

作　者: 邢雪菲
导　师: 李岚
学　校: 太原理工大学
专　业: 电气工程及其自动化
关键词: 有源电力滤波器谐波抑制瞬时无功功率理论三角波比较控制 DSP TMS320F2812
分类号: TM935.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着现代电力电子技术的飞速发展,电力电子装置得到了广泛的应用,为社会生产、生活带来了巨大的方便和利益。然而与此同时,这些非线性负载所产生的大量谐波和无功功率也注入了公共电网,严重影响电力系统的供电质量以及安全可靠运行。传统谐波抑制和无功补偿装置己难以满足电网的需求,有源电力滤波器(APF)作为一种新型的补偿装置,以其对电网参数和负载变化的快速跟踪适应能力和良好的补偿效果,被认为是最有前途的补偿措施,也是目前的研究热点。本文对三相并联型有源电力滤波器的原理和控制系统的设计进行了深入研究,着重探讨了APF系统的两大关键技术即谐波检测方法和控制策略,并在MATLAB仿真的指导下,进行了系统相关软、硬件的设计,搭建了实验平台,主要研究内容如下：介绍了三相并联型有源滤波器的工作原理及拓扑结构,并针对电压型拓扑结构建立了APF的数学模型,然后在此基础上完成了系统主电路参数的设计,包括主电路容量、开关器件、电感值、电容值等。阐述了APF的谐波检测方法和控制策略,通过比较各种谐波检测方法和控制策略的优缺点,最终确定了本设计中谐波检测方法采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测方法,控制策略采用三角波比较控制方式。在MATLAB仿真环境中搭建了整个APF系统模型,并在三相平衡负载与三相不平衡负载的情况下分别进行了系统仿真,仿真结果表明,在上述两种情况下,APF系统均能很好地完成滤波任务,从而验证了所选谐波检测方法和控制策略的正确性和可行性。在系统仿真的指导下,搭建了以DSP TMS320F2812和智能功率模块(IPM)为核心的APF系统硬件实验平台,主要包括对系统采样电路、控制电路、主电路、驱动电路以及保护电路的设计。然后以硬件电路为基础,在CCS2.2开发环境下对系统软件进行了开发,遵循模块化编程原则,采用C语言,完成了对系统初始化程序、主程序以及各个模块子程序(包括捕获中断子程序、定时器T1中断子程序、A/D采样及滤波程序、谐波计算子程序、PI子程序、PWM控制信号生成子程序和保护程序)的设计与编写,并最终结合软、硬件对APF系统进行了总体调试,实验结果表明,该系统能够快速、精确地对电网电流、电压和负载电流等信号进行采样,完成谐波电流的计算和PWM控制信号的生成,输出正确的补偿电流,从而验证了APF系统软、硬件设计的合理性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 课题研究背景与意义  10-12
  1.2 谐波与无功功率的产生与危害  12-14
  1.3 谐波抑制方法  14-19
    1.3.1 高功率因数变流器  14-15
    1.3.2 无源滤波器与有源滤波器  15-18
    1.3.3 谐波抑制与无功补偿的关系  18-19
  1.4 本文主要研究内容  19-20
第二章有源电力滤波器的工作原理及数学模型  20-26
  2.1 有源电力滤波器的拓扑结构和工作原理  20-22
    2.1.1 有源电力滤波器的拓扑结构  20-21
    2.1.2 有源电力滤波器的工作原理  21-22
  2.2 有源滤波器的数学模型  22-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章有源电力滤波器的谐波检测技术及控制策略  26-45
  3.1 谐波检测技术  26-41
    3.1.1 常见的几种谐波检测方法  26-28
    3.1.2 瞬时无功功率理论  28-31
    3.1.3 p-q检测法  31-32
    3.1.4 i_p-i_q检测法  32-34
    3.1.5 电网电压畸变对检测方法的影响  34-39
    3.1.6 不对称三相电路谐波电流的检测  39-41
  3.2 有源电力滤波器的控制策略  41-43
    3.2.1 三角波比较控制法  41-42
    3.2.2 滞环比较控制法  42
    3.2.3 单周控制法  42-43
    3.2.4 电压空间矢量(SVPWM)控制法  43
    3.2.5 无差拍控制法  43
  3.3 本章小结  43-45
第四章有源电力滤波器的参数设计及仿真研究  45-61
  4.1 有源电力滤波器的参数设计  45-48
    4.1.1 主电路容量及开关器件的选择  45-46
    4.1.2 直流侧电容的设计  46-48
    4.1.3 交流侧电感的设计  48
  4.2 直流侧电压的控制  48-49
  4.3 低通滤波器的选择  49-50
  4.4 有源电力滤波器的MATLAB仿真研究  50-60
    4.4.1 仿真模型及参数  50-52
    4.4.2 仿真结果及分析  52-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章基于DSP的有源电力滤波器硬件设计  61-78
  5.1 系统总体结构设计  61-62
  5.2 变流器及其驱动电路设计  62-67
    5.2.1 智能功率模块(IPM)  62-64
    5.2.2 驱动电路设计  64-67
  5.3 信号检测与调理电路设计  67-71
    5.3.1 电流信号采样电路  67-69
    5.3.2 捕获及锁相环(PLL)电路  69-70
    5.3.3 直流侧电压采样电路  70-71
  5.4 控制模块  71-73
  5.5 系统保护电路设计  73-75
    5.5.1 直流侧电容保护电路  73-74
    5.5.2 限流启动电路  74-75
  5.6 硬件电路的抗干扰设计  75-77
  5.7 本章小结  77-78
第六章基于DSP的有源电力滤波器软件设计  78-89
  6.1 开发环境简介  78-79
  6.2 软件总体设计思想  79
  6.3 初始化程序  79-80
  6.4 系统主程序设计  80
  6.5 系统子程序设计  80-88
    6.5.1 捕获中断子程序  80-81
    6.5.2 定时器T1中断子程序  81-82
    6.5.3 A/D采样及滤波程序  82-83
    6.5.4 谐波计算子程序  83-84
    6.5.5 PI子程序  84-85
    6.5.6 PWM控制信号生成程序  85-87
    6.5.7 故障处理中断子程序  87-88
  6.6 本章小结  88-89
第七章 APF系统调试实验结果与分析  89-99
  7.1 实验系统参数  89-90
  7.2 谐波检测实验结果  90-95
  7.3 补偿控制实验结果  95-97
  7.4 本章小结  97-99
总结与展望  99-101
参考文献  101-105
致谢  105-106
作者在攻读硕士学位期间的研究成果  106
  发表的论文  106
  参与的科研项目  106

基于DSP的有源滤波装置谐波检测及其控制策略的研究

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