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基于DSP的并联有源电力滤波器研究

作　者: 任安坤
导　师: 孟祥忠
学　校: 青岛科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 有源电力滤波器瞬时无功功率谐波检测空间矢量脉宽调制数字信号处理器(DSP)
分类号: TN713.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着电力电子技术的发展,非线性负载大量使用,使得电网中的谐波污染问题日益严重。特别是供电质量的好坏直接影响到供电系统的安全运行和矿井生产,与国民经济和人员生命息息相关。采用有源滤波(Active Power Filter)技术抑制谐波已成为当今一种趋势。有源电力滤波器既可以对电网中的谐波进行抑制,改善电力线路中电流波形,还能补偿电网中的无功功率,提高电网的功率因数,并具有动态补偿的优良性能。针对目前有源电力滤波器中绝大多数谐波电流检测方法只能检测电网中总谐波电流的局限性,本文基于瞬时无功功率理论,提出了一种既能检测总谐波电流,又能检测任意指定次谐波电流的检测方法,此方法可以用于三相三线制系统,又可以用于三相四线制系统。本文对空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理进行详细了分析,给出了数字化实现方法。进一步将上述谐波电流检测方法和SVPWM控制策略相结合组成有源电力滤波系统,对其整体进行数字仿真。仿真结果表明,该系统能够精确、迅速的检测出并补偿谐波电流。在电流检测和补偿方案的基础上,对整个有源电力滤波系统进行了软、硬件设计。分别对主要环节搭建了硬件测试电路,进行了实验研究。结合控制系统软件流程,编制了谐波电流检测、SVPWM等主要中断程序,并在数字信号处理器(DSP TMS320F812)上给予实现,给出了实验波形及其波形分析。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 谐波问题的背景及研究现状  9-10
    1.1.1 谐波问题的提出  9
    1.1.2 谐波研究的现状  9-10
  1.2 谐波治理的意义  10-13
    1.2.1 谐波的概念及来源  10
    1.2.2 谐波的危害  10-11
    1.2.3 谐波的主要指标计算  11-13
    1.2.4 谐波治理的意义  13
  1.3 谐波治理的措施  13-17
    1.3.1 无源电力滤波器  14-15
    1.3.2 有源电力滤波器  15-17
  1.4 本文的主要工作  17-18
第二章有源电力滤波器的基本结构及工作原理  18-32
  2.1 有源电力滤波器系统结构  18-25
    2.1.1 有源电力滤波器的分类  18-24
    2.1.2 有源电力滤波器主电路形式  24-25
  2.2 有源电力滤波器基本原理  25-27
  2.3 主电路参数的设计  27-31
    2.3.1 主电路的容量  28
    2.3.2 直流侧电压udc的计算  28-29
    2.3.3 直流侧电容值Cdc的计算  29
    2.3.4 交流电抗器的选取  29-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章有源电力滤波器谐波电流检测方法研究  32-49
  3.1 前言  32
  3.2 常用的谐波电流检测方法  32-33
    3.2.1 基于Fryze时域分析的有功电流检测法  32
    3.2.2 基于赤木泰文三相瞬时无功功率理论的检测方法  32-33
    3.2.3 基于自适应干扰抵消原理的自适应闭环检测法  33
    3.2.4 基于频域分析的FFT检测法  33
    3.2.5 采用模拟带通滤波器的谐波电流检测方法  33
  3.3 瞬时无功功率理论及其谐波检测方法  33-41
    3.3.1 瞬时无功功率理论  34-37
    3.3.2 基于瞬时无功功率理论传统谐波电流检测方法  37-38
    3.3.3 基于d-q坐标变换的改进型谐波算法  38-41
  3.4 谐波电流检测算法仿真分析  41-48
    3.4.1 MATLAB概述  41-42
    3.4.2 仿真模型设计  42-44
    3.4.3 数字低通滤波器的选取  44-47
    3.4.4 仿真结果  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章基于DSP的有源滤波器的控制系统设计  49-71
  4.1 补偿电流跟踪控制  50-54
    4.1.1 三角波比较控制  50-51
    4.1.2 滞环电流控制  51-53
    4.1.3 无差拍控制法  53-54
  4.2 本文采用的控制策略  54-62
    4.2.1 电压控制  54-55
    4.2.2 基于空间矢量的电压控制方法  55-62
  4.3 直流侧电压控制  62-65
    4.3.1 直流侧电压的稳定性控制  62-64
    4.3.2 直流侧电压的获取  64-65
  4.4 有源电力滤波器系统仿真分析  65-70
    4.4.1 仿真模型的设计  65-68
    4.4.2 SVPWM仿真分析  68-69
    4.4.3 有源滤波器系统仿真分析  69-70
  4.5 本章小结  70-71
第五章基于DSP的有源电力滤波器硬件及软件设计  71-92
  5.1 基于DSP的控制系统  71-78
    5.1.1 TMS320F2812型DSP简介  71-72
    5.1.2 模拟量采样与A/D信号处理  72-74
    5.1.3 捕获与周期测量  74-75
    5.1.4 驱动与保护电路  75-77
    5.1.5 DSP外围电路的设计  77-78
  5.2 控制系统软件设计  78-92
    5.2.1 软件开发系统的开发环境  78-79
    5.2.2 系统软件功能及结构  79-82
    5.2.3 主程序的编写  82-84
    5.2.4 中断服务程序的编写  84-86
    5.2.5 数字低通滤波器的设计  86-90
    5.2.6 DSP上实现谐波检测算法  90-92
总结  92-94
参考文献  94-97
致谢  97-98
攻读学位期间发表的学术论文  98-100

基于DSP的并联有源电力滤波器研究

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