基于DSP的串并型可控单调谐滤波器的研究与设计

论文摘要

随着现代电子技术的发展，各种非线性电子装置的大量应用，向电力系统中注入了大量的谐波。装设无源滤波器进行谐波抑制已成为工业中普遍采用的方法。无源滤波器具有容量大、结构简单、成本低等优点；但无源滤波器容易受电网阻抗的影响，动态补偿效果较差。本文中设计的基于DSP的串并型可控单调谐滤波器对传统的无源滤波器进行了改进，通过实时跟踪电网中的电压、电流，对其分析各次谐波含量，然后调节可控电抗器的电感值，使滤波支路在某次谐波频率处发生谐振，从而达到滤除谐波的目的。同时系统中接入的可控电抗器也是一个耦合电感，一部分接入电源侧，另一部分接入滤波支路；当谐波流入电源侧时，接入电源侧的可控电抗器能够起到很好的抑制作用。其中控制部分即谐波检测、控制算法及控制过程都是通过DSP芯片TMS320F2812实现，本文中的控制算法是一种改进的单次谐波检测法。本设计中利用DSP控制可控电抗器能够使无源滤波器达到较高的可控性和快速响应性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究动态及主要问题
• 1.3 谐波的基本概念
• 1.4 谐波限值的标准
• 1.5 本课题的主要工作
• 2 可控单调谐滤波器的原理
• 2.1 滤波器的基本结构
• 2.1.1 无源滤波器基本结构
• 2.1.2 有源滤波器系统构成
• 2.2 磁控式可控电抗器
• 2.2.1 磁控式可控电抗器的原理
• 2.2.2 本课题中所用可控电抗器的特性分析
• 2.3 可控单调谐滤波器的设计方法
• 2.3.1 可控单调谐滤波器的基本原理
• 2.3.2 单调谐滤波器的设计准则
• 2.3.3 可控单调谐滤波器的具体设计参数及步骤
• 2.3.3.1 可控单调谐滤波器的元件参数
• 2.3.3.2 可控单调谐滤波器的设计步骤
• 2.4 单相谐波检测方法
• 2.4.1 基于FFT检测法
• 2.4.2 单相谐波的快速检测法
• 2.4.3 改进的单相k次谐波快速检测法及其MATLAB仿真
• 2.5 小结
• 3 基于 DSP的串并型可控单调谐滤波器的硬件设计
• 3.1 串并型可控单调谐滤波器的主电路硬件系统结构图
• 3.2 可控单调谐滤波器的硬件仿真
• 3.2.1 电路中可控单调谐滤波器的滤波效果仿真
• 3.2.2 可控电抗器的控制算法的仿真
• 3.3 基于DSP的可控单调谐滤波器控制部分的硬件电路设计
• 3.3.1 信号采集部分硬件电路实现
• 3.3.1.1 电压/电流互感器
• 3.3.1.2 有源带通滤波器设计
• 3.3.1.3 信号调整电路的设计
• 3.3.2 DSP芯片TMS320F2812结构及特点
• 3.3.3 采样触发信号电路
• 3.4 小结
• 4 基于 DSP的串并可控单调谐滤波器控制系统的软件设计
• 4.1 TMS320F2812集成开发环境 CCS简介
• 4.2 本课题软件设计流程
• 4.2.1 软件设计各部分功能
• 4.2.2 软件设计的主流程
• 4.3 TMS320F2812系统初始化
• 4.4 信号采集模块
• 4.4.1 信号采集流程
• 4.4.2 ADC模块的结构特点及其初始化
• 4.4.2.1 ADC模块的结构特点
• 4.4.2.2 ADC模块的初始化
• 4.4.3 EV模块的结构特点及初始化
• 4.4.3.1 EV模块的结构特点
• 4.4.3.2 EV模块的初始化
• 4.4.4 电压、电流信号采集的软件实现
• 4.5 信号处理模块介绍
• 4.5.1 电压、电流信号相位的算法实现
• 4.5.2 低通滤波器设计的软件实现
• 4.5.3 PID控制器的软件实现
• 4.5.3.1 原理介绍
• 4.5.3.2 数字PID控制算法
• 4.6 DAC模块的特点及初始化
• 4.6.1 DAC模块的特点
• 4.6.2 DAC模块初始化
• 4.7 本章小结
• 5 实验及结果分析
• 5.1 实验整体电路结构
• 5.2 信号采集及信号处理部分数据分析
• 5.3 小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献