基于DSP的有源电力滤波器控制方法研究

论文摘要

随着电力电子技术的发展,非线性负载应用越来越广泛,对电网产生的污染问题也随之增大。传统的谐波抑制方法是使用无源滤波器,此种方法具有很大的弊端,其滤波效果受电力系统阻抗的影响较大,且只能消除特定次数的谐波,而有源电力滤波器（APF）具有良好的跟踪性能,不受系统阻抗影响,近几年得到越来越广泛的关注。本文首先阐述了有源电力滤波器的背景和发展现状,然后对有源电力滤波器的分类、控制方式和工作原理作了进一步的研究,并在比较了多种谐波电流检测方法之后,选择基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波检测方法。有源电力滤波器的控制系统是决定滤波器性能的关键,选择一种有效的补偿控制方法,才能使有源电力滤波器的实时性和动态补偿功能充分发挥。本文重点研究有源电力滤波器控制方法,在研究了目前国内外广泛应用的有源电力滤波器控制方法基础上,选择最有效的三种方法进行分析,分别是瞬时值比较法、三角波比较法和空间矢量控制法。针对这三种方法,本文使用MATLAB/SIMULINK搭建了有源电力滤波器模型,并对每种方法进行了详细的仿真分析,仿真结果验证了各种方法的有效性,通过比较优缺点,结论是空间矢量法更易于数字化实现,而且对主电路开关器件的损耗最小,于是选择空间矢量法来设计基于DSP的控制系统。本文对补偿控制电路完成了硬件设计,包括主电路功率器件的选择,直流侧电容的设计,交流侧电感的设计以及空间矢量控制法的具体实现方法。在理论分析和仿真研究的基础上,设计了基于TMS320F2812 DSP控制的并联型电力有源滤波器,研制了实验样机,对并联型电力有源滤波器进行了初步的实验研究。实验结果表明,采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波电流检测法和空间矢量补偿法能够实时、准确地补偿电网中的谐波电流。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 谐波产生的原因
• 1.1.2 谐波对电力系统的危害
• 1.1.3 谐波抑制的标准
• 1.1.3.1 国际谐波标准
• 1.1.3.2 国家标准
• 1.1.4 谐波治理方法
• 1.1.4.1 主动谐波治理的措施
• 1.1.4.2 被动治理谐波的措施
• 1.2 有源电力滤波器发展及研究历程
• 1.2.1 有源电力滤波器发展
• 1.2.2 有源电力滤波器研究现状
• 1.2.2.1 国外研究现状
• 1.2.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 有源电力滤波器数字化研究趋势
• 1.3 有源滤波器控制方法研究现状
• 1.4 本论文所研究的主要内容
• 第二章 有源电力滤波器工作原理及谐波检测方法
• 2.1 有源电力滤波器的分类
• 2.1.1 并联型有源电力滤波器
• 2.1.2 串联型有源电力滤波器
• 2.1.3 混合型有源电力滤波器
• 2.1.4 串并联型有源电力滤波器
• 2.2 并联型有源电力滤波器的基本工作原理
• 2.3 谐波电流的检测方法
• 2.3.1 基于Fryze时域分析的有功电流检测法
• 2.3.2 基于赤木泰文三相瞬时无功功率理论的检测方法
• 2.3.3 基于自适应干扰抵消原理的自适应闭环检测法
• 2.3.4 基于频域分析的FFT检测法
• 2.3.5 采用模拟带通滤波器的谐波电流检测方法
• 2.4 瞬时无功功率理论
• p-i_q运算方法'>2.4.1 基于瞬时无功功率理论的i_p-i_q运算方法
• 2.4.2 结论
• 2.5 本章小结
• 第三章 有源电力滤波器补偿控制电路设计
• 3.1 并联有源电力滤波器整体结构设计
• 3.2 主电路设计
• 3.2.1 功率器件选择
• 3.2.2 交流侧电感设计
• 3.2.3 直流侧电压控制
• 3.2.4 直流侧电容设计
• 3.3 空间电压矢量控制方法设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于MATLAB谐波检测及补偿控制方法建模仿真
• 4.1 有源电力滤波器系统模型建立
• 4.1.1 非线性负载模块及仿真
• 4.1.2 PWM变流器模型图
• 4.2 有源电力滤波器谐波检测方法仿真及结果分析
• 4.2.1 谐波检测模型
• 4.2.2 仿真结果与分析
• 4.3 有源电力滤波器补偿控制方法仿真及结果分析
• 4.3.1 瞬时值比较法模型及仿真分析
• 4.3.2 三角波比较法模型及仿真分析
• 4.3.3 空间矢量控制法模型及仿真分析
• 4.3.4 小结
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于TMS320F2812有源电力滤波器补偿控制实现
• 5.1 TMS320F2812处理器
• 5.1.1 ADC模块
• 5.1.2 PWM模块
• 5.2 补偿控制系统硬件设计
• 5.2.1 有源电力滤波器总体实现思路
• 5.2.2 信号检测电路的设计
• 5.2.3 信号调理电路的设计
• 5.2.4 驱动及保护电路的设计
• 5.3 控制系统软件设计
• 5.3.1 有源电力滤波器整体软件设计思路
• 5.3.2 主程序软件设计
• 5.3.3 中断子程序软件设计
• 5.3.3.1 AD转换子程序设计
• 5.3.3.2 SVPWM控制信号生成的软件设计
• 5.4 实验室试验结果及波形分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 附件