基于DSP控制的单相并联型混合有源电力滤波器的研究

论文摘要

近年来,随着非线性电力电子器件日益广泛地应用,电网中产生了大量的谐波。电铁负载是典型的非线性谐波源,浙赣电气化铁路的开通给江西电网带来了一定的影响,因此,有必要对浙赣电铁谐波进行分析,并提出相关的抑制策略。首先,本文介绍电气化铁路对电力系统的影响及国内消除电铁对电网不良影响的主要方法,进一步介绍消除电铁给电网带来的负面影响的新思路,随后对电铁供电系统进行分析,对在沪昆线上主要使用的交直电力机车SS4型,本文利用MATLAB软件建立其仿真模型。其次,从谐波的基本概念出发,用数学方法论述有源电力滤波器消除谐波的基本原理。并且从有源滤波器的检测和控制两个方面,针对DSP控制信号的离散性,提出适用于DSP的单相谐波控制方法。再次,阐述用TMS320LF2407A的DSP芯片来实现单相有源电力滤波器部分的控制的硬件和软件设计,使有源电力滤波器部分的谐波检测达到减少时间延时的目的。最后,利用MATLAB仿真工具对单相并联混合型有源电力滤波器进行仿真,且分别对无源部分和有源部分建立仿真模型。通过对模型的仿真,得到负载电流的谐波波形,并且证实了采用单相并联混合型有源滤波器能有效补偿谐波和无功。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 电气化铁路对电力系统的影响
• 1.2.1 负序电流对电力系统的影响
• 1.2.2 谐波对电力系统的影响
• 1.2.3 功率因数对电力系统的影响
• 1.2.4 电压偏差问题
• 1.3 国内消除电铁对电网不良影响的主要方法
• 1.3.1 无源电力滤波器与电容器补偿法
• 1.3.2 主动型谐波抑制技术
• 1.3.3 在牵引站集中设置动态补偿装置，提高供电系统承受谐波的能力
• 1.3.4 对牵引变及牵引网接线采取措施
• 1.4 消除电铁给电网带来的负面影响的新思路
• 1.4.1 有源电力滤波器的提出
• 1.4.2 有源电力滤波器的分类
• 1.4.3 有源电力滤波器的主电路结构
• 1.4.4 本文采用的单相并联混合有源滤波器的基本原理和拓扑结构
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 供电网络、牵引变电所及电力机车的分析
• 2.1 电铁供电系统的原理
• 2.2 接触网供电方式
• 2.2.1 直接供电方式
• 2.2.2 吸流变压器供电方式（BT方式）
• 2.2.3 带回流线直接供电方式
• 2.2.4 自耦变压器供电方式（AT方式）
• 2.3 沪昆铁路牵引概述
• 2.4 沪昆电铁牵引供电系统
• 2.5 沪昆铁路供电系统仿真分析
• 2.5.1 仅A供电臂带有负荷
• 2.5.2 AB供电臂均带有负荷
• 2.6 韶山4型电力机车
• 2.7 韶山4型电力机车仿真模型的建立
• 2.8 本章小结
• 第3章 有源电力滤波器部分的控制方法
• 3.1 谐波理论和有源电力滤波器的消谐理论
• 3.1.1 谐波的基本概念
• 3.1.2 用谐波理论来分析有源电力滤波器的基本原理
• 3.2 并联型有源电力滤波器的谐波检测方法
• 3.2.1 谐波和无功电流检测方法
• 3.2.2 基于瞬时无功功率理论的检测方法及仿真研究
• 3.3 单相APF谐波与无功电流检测方法的分析与选取
• 3.3.1 基于瞬时无功功率的单相谐波与无功电流检测方法
• 3.3.2 基于有功电流分离的单相谐波与无功电流检测法
• 3.3.3 基于单位功率因数的单相谐波与无功电流检测法
• 3.3.4 基于DSP的单相谐波与无功电流检测方法
• 3.4 单相有源电力滤波器控制方法
• 3.4.1 单相有源电力滤波器的电流控制
• 3.4.2 单相有源电力滤波器的电压控制
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于DSP的有源滤波器硬件设计和实现
• 4.1 TMS320LF2407A DSP芯片介绍
• 4.2 系统硬件电路设计
• 4.2.1 系统硬件电路总体框图
• 4.2.2 DSP芯片及其外围电路的设计
• 4.2.3 采样电路设计
• 4.2.4 输入信号调理与A/D转换
• 4.3 控制系统软件设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 电铁单相混合有源电力滤波器设计
• 5.1 HAPF系统的总体结构及原理分析
• 5.2 PPF设计
• 5.2.1 无源滤波器的原理
• 5.2.2 单调谐无源滤波器设计
• 5.2.3 高通滤波器的设计
• 5.3 APF的设计
• 5.3.1 主电路电力电子器件的选择
• 5.3.2 主电路直流侧电压计算和电容选取
• 5.4 HAPF中APF与单独使用APF的容量比较
• 5.5 本章小结
• 第6章 单相并联型混合有源电力滤波器的仿真研究
• 6.1 仿真工具及其仿真方法
• 6.2 系统模型及其仿真
• 6.2.1 PPF的仿真模型
• 6.2.2 APF的仿真模型
• 6.2.3 系统其他主要参数的设置及仿真结果
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结及展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果