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电压型大功率有源电力滤波器的设计与研究

作　者: 尹韵
导　师: 黄运生
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 有源电力滤波器 CPS-SPWM 9电平级联H桥 i_p-i_q检测法
分类号: TN713.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 241次
引　用: 3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、补偿无功功率的新型电力电子装置,它能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。本文介绍了并联型有源电力滤波器以及载波相移SPWM技术的基本原理,研究了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法,分析对比了多重化以及多电平技术的优缺点,并针对采用单个PWM变流器为主电路的并联型有源电力滤波器的容量瓶颈问题,以1MVA为设计目标,采用9电平级联H桥变流器为主电路,基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q检测法为指令电流运算方法,载波相移SPWM为电流跟踪控制策略,研究并设计了一种电压型大功率有源电力滤波器。传统的i_p-i_q检测法采用PLL电路以及正余弦发生电路产生正余弦信号,当电网电压不对称时,得到的信号与A相正序电压有一个相位差,继而导致检测结果不准确。为解决这个问题,本文提出了一种无锁相环的改进的i_p-i_q检测法,该方法节省了锁相环电路,不受频率偏移约束,且在电网电压不对称或畸变时均能准确检测出基波电流。本文在Matlab/Simulink软件中搭建出系统仿真模型,并与采用单个PWM变流器的有源电力滤波器比较,验证了本文设计的方法能够在较低的器件开关频率下实现较好的补偿效果,具有良好的工业应用前景。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 电力系统谐波的产生及其危害  8-10
    1.1.1 谐波的产生  8
    1.1.2 谐波的危害  8-10
  1.2 谐波的治理  10-11
    1.2.1 无源滤波器  10
    1.2.2 有源电力滤波器  10-11
  1.3 有源电力滤波器的发展现状与趋势  11-15
    1.3.1 有源电力滤波器的发展  11-12
    1.3.2 有源电力滤波器的分类  12-14
    1.3.3 有源电力滤波器的发展趋势  14-15
  1.4 本文的研究内容  15-16
第二章 并联型有源电力滤波器的基本原理及主电路设计  16-30
  2.1 并联型有源电力滤波器的基本原理  16-17
  2.2 有源电力滤波器的容量及主电路结构的选择  17-22
    2.2.1 有源电力滤波器的容量  17
    2.2.2 提高APF容量的方法  17-18
    2.2.3 多电平变流器的拓扑结构选择  18-22
  2.3 级联多电平变流器的工作模式  22-25
  2.4 有源电力滤波器的主电路设计  25-29
    2.4.1 主电路设计  25-26
    2.4.2 主电路开关器件选择  26-27
    2.4.3 直流侧电容计算  27-28
    2.4.4 交流侧电感设计  28-29
  2.5 小结  29-30
第三章 有源电力滤波器的电流跟踪控制策略  30-48
  3.1 有源电力滤波器的电流控制方法  30-34
  3.2 载波相移调制原理  34-41
    3.2.1 自然采样SPWM理论  34-37
    3.2.2 CPS-SPWM理论  37
    3.2.3 CPS-SPWM波形组成  37-39
    3.2.4 CPS-SPWM的传输带宽的研究  39-41
  3.3 基于CPS-SPWM技术的级联H桥型变流器  41-44
    3.3.1 工作原理  41-43
    3.3.2 基于CPS-SPWM的级联型变流器在APF中的应用  43-44
  3.4 仿真验证  44-47
  3.5 小结  47-48
第四章 有源电力滤波器的指令电流运算方法  48-65
  4.1 电流检测技术介绍  48-51
  4.2 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法  51-56
    4.2.1 瞬时无功功率理论  52-53
    4.2.2 p-q检测法  53-54
    4.2.3 i_p-i_q检测法  54-56
  4.3 改进的i_p-i_q检测法  56-58
  4.4 谐波检测方法中低通滤波器的设计  58-60
  4.5 仿真验证  60-64
  4.6 小结  64-65
第五章 有源电力滤波器控制电路设计  65-75
  5.1 DSP芯片功能简介  65-67
  5.2 PWM发生器  67-70
    5.2.1 CPLD简介  68
    5.2.2 DSP+CPLD  68-70
  5.3 隔离与驱动电路  70-72
    5.3.1 驱动板的主要特点  71
    5.3.2 驱动板主要功能  71-72
  5.4 信号检测及调理电路  72-73
  5.5 其他控制电路  73-74
  5.6 小结  74-75
第六章 电压型有源电力滤波器的建模与仿真  75-83
  6.1 MATLAB/SIMULINK简介  75
  6.2 电压型大功率有源电力滤波器模型设计  75-78
    6.2.1 有源电力滤波器系统控制的实现  75-76
    6.2.2 直流侧控制  76-77
    6.2.3 交流侧控制  77
    6.2.4 系统模型设计  77-78
  6.3 系统仿真结果  78-82
  6.4 小结  82-83
第七章 总结与展望  83-84
  7.1 总结  83
  7.2 展望  83-84
参考文献  84-89
致谢  89-90
攻读硕士学位期间的研究成果  90

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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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