基于DSP电子设备的电力有源滤波器研究

论文摘要

随着电力电子设备的大量使用,谐波问题日益严重,它是影响电能质量的主要因素。另一方面,现代用电设备对电能质量更加敏感,对供电质量提出了更高的要求。有源电力滤波器作为治理谐波最有效的手段,其研究和应用越来越受到人们的重视。随着电力电子器件、计算机、控制技术的发展,有源滤波得到了迅速的发展和实际应用。本文对电子设备的有源电力滤波器的数字控制发展概况进行了回顾,阐明了以DSP为核心控制芯片的有源电力滤波器数字控制系统的特点。介绍了有源电力滤波器的结构和工作原理,在深入分析瞬时无功功率理论的基础上设计了谐波电流的检测方案。给出了有源电力滤波器全数字化控制系统的实施方案,同时给出了方案实现的方案图。本文在MATLAB的SIMULINK仿真环境下建立了有源电力滤波器系统的仿真模型,并对设计的方案进行了系统仿真。仿真结果证明,有源电力滤波器对于三相平衡负载或三相不平衡负载的谐波电流都起到了很好的补偿作用,同时当负载电流突变时,有源电力滤波器具有良好的动态补偿特性。本文设计了基于DSP电子设备的电力有源滤波器控制系统方案,该方案用一片DSP芯片实现谐波指令电流计算和控制环节。完成了以TMS320C32型DSP为核心控制芯片的硬件系统的设计、制作和调试。文中给出了相应的硬件设计和软件流程设计。本文还讨论了数字低通滤波器的设计及其截至频率对指令电流精度的影响,通过仿真得出结论:数字低通滤波器的截止频率越低,基波有功电流的畸变就越小,从而基波有功电流减去负载电流求得的指令电流的误差也越小。从目前国外的研究和使用情况来看,有源电力滤波器具有广阔的应用前景。本题目今后的重点发展方向是进行实用化研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 谐波污染与研究谐波的意义
• 1.2 谐波治理
• 1.3 有源滤波器发展及现状
• 1.4 有源电力滤波器的数字控制技术
• 1.4.1 控制系统的数字化趋势
• 1.4.2 有源电力滤波器的数字控制方法
• 1.4.3 基于DSP控制的有源电力滤波器
• 1.5 论文的主要工作
• 第二章 有源电力滤波器的工作原理和结构
• 2.1 有源电力滤波器的工作原理
• 2.2 有源电力滤波器的分类
• 2.3 有源电力滤波器主电路的结构
• 2.3.1 主电路的容量
• 2.3.2 主电路电感的设计
• 2.3.3 直流侧电容的设计
• 2.4 有源电力滤波器的特性
• 2.4.1 双向补偿特性
• 2.4.2 有源电力滤波器的其它特性
• 2.5 小结
• 第三章 谐波电流检测方法及系统控制方案
• 3.1 概述
• 3.2 谐波电流检测方法
• 3.2.1 基于三相/两相变换的瞬时无功功率理论
• 3.2.2 瞬时无功功率理论和传统理论的关系
• 3.2.3 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法
• 3.3 有源电力滤波器系统控制方案
• 3.4 衡量有源电力滤波器补偿性能的基本指标
• 3.5 小结
• 第四章 有源电力滤波器的系统仿真
• 4.1 概述
• 4.2 PWM整流器环节仿真实现
• 4.2.1 三相PWM整流器的数学模型
• 4.2.2 三相PWM整流器的数学模型仿真实现
• 4.3 有源电力滤波器在SIMULINK环境下仿真模型的建立
• 4.3.1 指令电流运算环节仿真模型
• 4.3.2 控制系统环节仿真模型
• 4.3.3 主电路环节仿真模型
• 4.3.4 有源电力滤波器系统仿真模型
• 4.4 数字低通滤波器的设计
• 4.4.1 低通滤波器类型的选择
• 4.4.2 采样频率的选择
• 4.4.3 滤波器阶数和截止频率的选取
• 4.5 有源电力滤波器系统仿真实验
• 4.6 数字低通滤波器截止频率对指令电流精度的影响
• 4.7 小结
• 第五章 基于DSP电子设备的有源电力滤波器控制系统实现
• 5.1 控制系统总体设计及其数字处理机简介
• 5.1.1 控制系统总体设计
• 5.1.2 数字处理机简介
• 5.2 基于DSP瞬时谐波电流的检测
• 5.2.1 信号采集系统
• 5.2.2 过零同步信号产生电路设计
• 5.2.3 谐波电流检测的硬件结构
• 5.2.4 谐波电流检测的软件设计流程
• 5.2.5 谐波电流检测的实验结果
• 5.3 基于DSP电子设备的有源电力滤波器系统的实现
• 5.3.1 PWM脉冲信号的产生
• 5.3.2 功率部分电路
• 5.3.3 主程序流程设计
• 5.3.4 实验结果
• 5.4 小结
• 结论
• 1.论文总结
• 2.展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录