基于DSP的三相四线制有源电力滤波器的研究

论文摘要

随着电力电子装置及其它非线性负载的广泛应用,电网中的谐波和无功污染日趋严重,对电力系统和用户造成了一系列危害。并联有源电力滤波器作为一种新型的谐波、无功综合补偿系统,是电能质量控制领域中的研究热点。近年来,三相四线制电网中的谐波和负载不平衡问题日益突出,为此本文研究了三相四线制系统中谐波、无功功率和不平衡的统一补偿问题,并设计了一种基于DSP的数字和模拟相结合的并联有源电力滤波器。影响有源电力滤波器动态性能的关键因素是谐波电流检测算法。本文将单相谐波检测算法应用于三相四线制系统中,可以各相分别检测谐波电流,从而进行各相单独动态电流注入补偿,不受系统不平衡的影响。在PWM变流器的逆变输出控制上采用滞环比较控制策略;为了保证直流侧电容电压的稳定和平衡,本文采用了直流侧电容电压的稳定和均压控制策略。本文还设计了控制系统的微处理器单元、同步采样周期信号及锁相电路发生单元、电流检测及调理电路、DAC转换单元及其硬件实现方法以及驱动和保护电路;根据控制系统的硬件设计,确定了软件实现方案,给出了主程序及其中断服务程序、谐波分离算法程序的设计流程图。通过仿真和实验结果验证了该硬件电路和控制算法的有效性,为有源电力滤波器的实际工程应用提供了理论依据和实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 谐波的危害及谐波的治理
• 1.1.1 谐波的产生及其危害
• 1.1.2 谐波抑制
• 1.2 有源电力滤波器的研究基础
• 1.2.1 理论基础
• 1.2.2 技术基础
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.4 课题的研究意义及主要工作
• 第二章 有源电力滤波器的工作原理及结构
• 2.1 有源电力滤波器的基本工作原理
• 2.2 有源电力滤波器的系统构成
• 2.2.1 并联型有源电力滤波器
• 2.2.2 串联型有源电力滤波器
• 2.3 三相四线制有源电力滤波器的拓扑结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 三相四线制有源电力滤波器主电路的设计
• 3.1 并联三相四线制有源电力滤波器系统结构
• 3.2 三相四线制有源电力滤波器主电路参数设计
• 3.2.1 主电路容量的计算
• 3.2.2 直流电压的选择
• 3.2.3 直流侧电容的计算
• 3.2.4 电抗器的电感值计算
• 3.2.5 主电路IGBT 的选取
• 3.3 本章小结
• 第四章 有源电力滤波器的谐波检测方法及控制策略
• 4.1 有源电力滤波器的谐波检测方法
• 4.1.1 基于FFT 的谐波检测方法
• 4.1.2 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法
• 4.1.3 本文应用的谐波检测方法
• 4.2 有源电力滤波器的控制策略
• 4.2.1 三角波比较方式
• 4.2.2 滞环比较方式
• 4.3 直流侧电容电压稳定及中点电位平衡控制
• 4.3.1 直流侧中点电位失衡原因
• 4.3.2 基于动态电流滞环的中点电位平衡控制
• 4.4 三相四线制有源电力滤波器仿真研究
• 4.4.1 平衡负载下系统仿真
• 4.4.2 不平衡负载下系统仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于DSP 的三相四线制有源电力滤波器控制系统设计
• 5.1 系统总体结构
• 5.2 控制系统硬件设计
• 5.2.1 同步信号及锁相电路
• 5.2.2 负载电流检测及调理电路
• 5.2.3 DSP 实现的D/A 电路
• 5.2.4 驱动电路
• 5.2.5 系统保护电路
• 5.3 控制系统软件开发
• 5.3.1 主程序
• 5.3.2 捕获中断子程序
• 5.3.3 电压过零中断子程序
• 5.3.4 谐波、无功、不平衡指令电流计算子程序
• 5.3.5 实验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢