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基于耦合变压器的直流侧有源滤波器数字实现研究

作 者: 曾建兴
导 师: 侯世英
学 校: 重庆大学
专 业: 电气工程
关键词: 有源电力滤波器 数字控制 整流桥 谐波治理 变压器
分类号: TN713.8
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


谐波对供电质量及电网的可靠运行构成了极大的威胁。有源电力滤波器(Active Power Filter, APF),可以对大小和频率都变化的谐波进行补偿,能够解决无源滤波器滤波效果单一和系统阻抗特性变化等问题,已经成为最有效的谐波治理手段之一。在众多的谐波源当中,由整流类负载引起的最为普遍,对此有学者提出了直流侧APF的治理措施,其中直流侧串联型APF对于电容滤波的负载具有很好的谐波抑制作用。但是,传统的直流侧串联型APF没有与整流桥主电路隔离,存在着当输入电压等级升高时,APF储能电容及开关器件电压应力大等问题,本文针对此问题进行研究,做了以下工作。在介绍谐波的产生、危害、抑制方法以及有源电力滤波器的拓扑分类的基础上,分析了并联型APF和串联型APF的工作原理,论述了它们对不同性质谐波源的补偿特性。指出:传统的直流侧串联型APF没有与整流桥主电路隔离,APF储能电容电压高,这不仅使储能电容的额定值增大,提高电路成本,而且使APF的开关器件电压应力增加,降低电路的可靠性。针对上述问题,本文提出基于耦合变压器的直流侧串联型有源电力滤波器。该拓扑通过耦合变压器使直流侧APF与整流桥主电路隔离,并且通过调节变压器的变比能有效减小APF的储能电容电压和开关应力。通过对拓扑结构的工作原理和能量流向的分析,证明了基于耦合变压器的直流侧串联型APF的正确性。同时,仿真研究也证明了该拓扑的有效性。然后,将带变压器的单相直流侧串联型APF推广到三相系统,提出基于耦合变压器的三相直流侧串联型APF,分析了其工作原理并进行仿真研究。最后,针对传统模拟控制电路复杂、调试困难、算法与参数调整不方便等问题,研究了直流侧串联型APF的数字实现方法。以TMS320F2812 DSP为控制芯片,研制了一台容量约为100VA的带耦合变压器的单相直流侧串联型APF样机,对硬件系统及软件系统进行了设计。对实验样机进行了调试,实验结果验证了基于耦合变压器的直流侧串联型APF采用全数字控制,不仅能实现对整流类负载的谐波补偿,而且降低了储能电容电压,提高了系统的抗干扰能力和控制的稳定性。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-21
  1.1 谐波基本问题  9-11
    1.1.1 谐波的概念  9-10
    1.1.2 谐波的产生与危害  10-11
  1.2 谐波抑制技术  11-14
    1.2.1 高功率因数变流器  11-12
    1.2.2 无源电力滤波器  12-13
    1.2.3 有源电力滤波器  13-14
  1.3 有源电力滤波器的拓扑分类  14-17
    1.3.1 交流侧APF  14-16
    1.3.2 直流侧APF  16-17
  1.4 有源电力滤波器的数字控制实现  17-20
    1.4.1 数字模拟混合控制系统  17-18
    1.4.2 全数字控制系统  18-20
  1.5 本文研究的主要内容  20-21
2 直流侧串联型 APF 新拓扑的提出及仿真研究  21-39
  2.1 并联型APF 及串联型APF  21-23
  2.2 直流侧APF  23-28
    2.2.1 直流侧并联型APF  23-24
    2.2.2 直流侧串联型APF  24-28
  2.3 新型直流侧串联型APF  28-32
    2.3.1 电路拓扑  28
    2.3.2 原理分析  28-31
    2.3.3 控制策略  31-32
  2.4 仿真研究  32-37
    2.4.1 未加APF 时的仿真  32-34
    2.4.2 加入新型直流侧APF 的仿真及比较研究  34-37
  2.5 本章小结  37-39
3 带耦合变压器的三相 DC 侧串联型 APF 及仿真研究  39-51
  3.1 电路拓扑  39-40
  3.2 原理分析  40-44
  3.3 控制策略  44-46
  3.4 仿真研究  46-50
  3.5 本章小结  50-51
4 基于 DSP 的 DC 侧串联型 APF 硬件设计  51-63
  4.1 硬件系统总体构成  51-52
  4.2 主电路参数选择  52-56
    4.2.1 储能电容的选取  52-53
    4.2.2 电感的选取  53-54
    4.2.3 耦合变压器的选取  54-55
    4.2.4 其它器件的选取  55-56
  4.3 中央处理器 TMS320F2812  56-59
    4.3.1 ADC 模块  57-58
    4.3.2 PWM 模块  58-59
  4.4 电压电流检测电路  59-61
    4.4.1 电流采样及调理电路  59-60
    4.4.2 电压采样及调理电路  60-61
  4.5 驱动电路  61-62
  4.6 本章小结  62-63
5 基于 DSP 的 DC 侧串联型 APF 软件设计  63-79
  5.1 软件开发环境  63
  5.2 主程序流程  63-64
  5.3 DSP 初始化配置  64-67
    5.3.1 系统初始化  64-66
    5.3.2 ADC 模块初始化  66-67
  5.4 中断程序  67-69
    5.4.1 ADC 采样中断子程序  67-68
    5.4.2 驱动保护中断程序  68-69
  5.5 直流侧电压PID 控制  69-71
  5.6 PWM 信号的产生  71-72
  5.7 实验结果及分析  72-77
  5.8 本章小结  77-79
6 结论与展望  79-81
  6.1 主要结论  79-80
  6.2 对后续工作的展望  80-81
致谢  81-83
参考文献  83-89
附录  89
  A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  89
  B 作者在攻读硕士学位期间承担的课题  89

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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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