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并联型有源电力滤波器的设计与实现

作　者: 陈为玉
导　师: 吴爱国
学　校: 天津大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 有源电力滤波器主电路参数电磁兼容控制系统程序优化
分类号: TN713.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着现代化工业技术的快速发展,特别是电力电子变换产品的大量应用,以及电网中非线性负载的增加使得电网谐波含量日益增高,功率因数下降,电网污染的问题变得越来越严重。有源电力滤波器是综合治理电网污染最有效的手段之一,能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响,滤波特性好,满足动态补偿的需要,得到了广泛的研究和应用。首先,本文对有源电力滤波器技术产生的背景、发展现状和发展趋势做了简要的介绍。根据储能元件的不同、拓扑结构和电路相数对有源滤波器进行了分类,并详细的介绍了电网谐波分量检测方法和控制策略等关键技术。其次,重点介绍了三相三线制并联型有源电力滤波器电路拓扑、主电路参数的选择以及输出滤波器参数的选择。在实验室原有基础上制作了有源电力滤波装置的控制系统的电路板,搭建并调试了包括DSP最小系统、电流电压采样及调理电路、IPM驱动电路和保护电路、过零采样电路等,增强了系统的稳定性。在工程实现中为消除主电路对控制电路的干扰,通过电流采样信号线单点双绞接地、混合双绞接地等方法大幅度消除了主电路对控制电路的干扰。再次,通过电路仿真可以观测到逆变器驱动脉冲频率和实时性对系统补偿效果影响较大,为了进一步改善有源滤波器的谐波补偿效果,根据指令电流变化率的大小选择性的对电流进行采样,用以节省时间,从而增加驱动脉冲的频率,改善了系统的补偿效果。最后,对并联型有源电力滤波器进行了小功率实验。实验结果表明,该装置有良好的实时谐波检测、准确的补偿性能,从而验证了有关理论分析的正确性和可行性。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 谐波产生的原因及危害  7-8
  1.2 谐波治理的方法  8-9
    1.2.1 主动治理方式介绍  8
    1.2.2 被动治理方式介绍  8-9
  1.3 有源电力滤波器的提出及其发展现状  9-10
  1.4 电力有源滤波器的简介  10-11
  1.5 本课题主要研究的内容  11-12
第二章有源电力滤波器的分类和关键技术  12-24
  2.1 有源电力滤波器的分类  12-18
    2.1.1 根据主电路储能元件不同分类  12-13
    2.1.2 根据主电路拓扑结构分类  13-17
    2.1.3 根据主电路相数分类  17-18
  2.2 有源电力滤波器的关键技术  18-22
    2.2.1 电网谐波的检测方法  18-20
    2.2.2 补偿电流的控制方法  20-22
  2.3 直流侧电压的控制  22-24
第三章三相三线制并联型电力有源滤波器  24-33
  3.1 并联型有源电力滤波器的电路拓扑  24-25
  3.2 三相三线制有源电力滤波器工作原理  25-27
  3.3 并联型有源电力滤波器主电路参数的选取  27-30
    3.3.1 开关器件的工作频率的选取  27
    3.3.2 直流侧电压的确定  27-28
    3.3.3 交流侧电感的确定  28-29
    3.3.4 补偿装置容量的确定  29-30
  3.4 输出滤波器的选取  30-33
第四章基于DSP 的并联型有源电力滤波器的控制系统  33-49
  4.1 控制系统的基本功能  33-34
  4.2 DSP 接口电路  34-37
    4.2.1 数字信号处理器（DSP）的选择  34
    4.2.2 DSP 芯片电源电路  34-35
    4.2.3 电源监测电路  35-36
    4.2.4 DSP 外围扩展RAM 芯片  36
    4.2.5 最小系统时钟电路设计  36-37
    4.2.6 仿真接口和其他管脚的连接  37
  4.3 采样及调理电路  37-42
    4.3.1 电流采样及调理电路  37-38
    4.3.2 电流采样电路接地方法  38-40
    4.3.3 电压信号采样电路  40-41
    4.3.4 过零电压检测电路的设计  41-42
  4.4 开关器件的选择及其外围电路设计  42-46
    4.4.1 逆变器的选择  42
    4.4.2 IPM 驱动电路设计  42-44
    4.4.3 IPM 驱动信号地线的连接方法  44-45
    4.4.4 IPM 保护电路设计  45-46
  4.5 系统干扰分析及解决方法  46-49
第五章有源电力滤波器控制程序及优化  49-58
  5.1 软件开发系统的开发环境CCS 简介  49-50
  5.2 主程序流程设计  50-53
  5.3 并联型电力有源滤波器的程序优化  53-58
    5.3.1 控制脉冲频率和延时的仿真  54-55
    5.3.2 程序优化的原理  55-56
    5.3.3 程序优化过程  56-58
第六章实验结果与工作总结  58-63
  6.1 实验结果  58-61
    6.1.1 试验系统结构  58
    6.1.2 试验系统参数  58
    6.1.3 有源电力滤波器的实验结果  58-61
  6.2 工作总结与展望  61-63
    6.2.1 研究工作总结  61-62
    6.2.2 工作展望  62-63
参考文献  63-67
科研情况说明  67-68
致谢  68

并联型有源电力滤波器的设计与实现

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