基于DSP控制的并联型有源电力滤波器的研究

论文摘要

随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用于工农业生产和人民生活中。电力电子装置在提高工农业生产效率和人民生活水平的同时,由于其非线性负载的特性,使谐波电流和无功电流大量注入电网,给电网带来了大量的电能质量问题。传统的LC无源电力滤波器由于其存在只能吸收固定频率的谐波,并且容易发生并联谐振的缺点,使得其必将被有源电力滤波器取代。有源电力滤波器的优点是能够实现谐波抑制和无功功率补偿双重功能,并且对谐波频率和幅值都在变化的负载也能进行很好的补偿,这极大的弥补了传统的LC无源电力滤波器的缺陷。本文首先介绍了有源电力滤波器的分类和结构形式、工作原理和主电路的拓扑结构。对基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法进行了深入的研究和分析,针对其存在的不足,提出了一种基于自适应神经网络的谐波电流检测方法。分别建立了三相三线制和三相四线制电容中点式有源电力滤波器的主电路数学模型,在此基础上对适用于不同拓扑的控制策略分别进行了论述和研究。对于三相三线制系统的两种控制策略进行了研究:基于检测负载电流和基于检测直流侧电容电压的控制策略。针对三相四线制系统的特点,采用了基于零序电流分离的检测和控制方法。对文中提出的检测方法和控制策略,均在PSIM和MATLAB软件环境建立了仿真模型,通过仿真验证了其正确性和可行性。最后本文设计了一台基于DSP的样机,在样机上对基于瞬时无功功率理论的检测方法和控制策略进行了实验研究,实验结果证明了理论的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 有源电力滤波器的发展与现状
• 1.3 谐波问题及其抑制技术
• 1.3.1 谐波问题
• 1.3.2 谐波标准
• 1.3.3 谐波的主要指标计算
• 1.3.4 谐波抑制技术
• 1.4 有源电力滤波器的简介
• 1.4.1 传统的谐波抑制和无功补偿装置的缺陷
• 1.4.2 有源电力滤波器的优点
• 1.5 本文的主要内容
• 第二章 有源电力滤波器的结构及原理
• 2.1 有源电力滤波器的分类和结构形式
• 2.2 有源电力滤波器的结构和工作原理
• 2.3 有源电力滤波器的拓扑结构
• 2.3.1 三相三线制有源电力滤波器的拓扑结构
• 2.3.2 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 有源电力滤波器的谐波检测方法
• 3.1 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法
• 3.1.1 瞬时无功功率理论
• 3.1.2 基于瞬时无功功率理论的检测算法
• 3.1.3 仿真结果
• 3.2 基于自适应神经网络的谐波电流检测方法
• 3.2.1 自适应噪声对消技术
• 3.2.2 基于自适应神经网络的谐波电流检测
• 3.2.3 仿真结果
• 3.3 三相四线制系统的谐波检测方法
• 3.3.1 三相四线制系统瞬时无功功率理论
• 3.3.2 三相四线制系统的谐波检测
• 3.3.3 仿真结果
• 3.4 其它检测方法
• 3.4.1 基于 FFT 的谐波检测方法
• 3.4.2 卡尔曼滤波器
• 3.4.3 基于人工神经网络的谐波检测方法
• 3.4.4 基于小波变换的谐波检测方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 有源电力滤波器的数学模型和控制策略
• 4.1 三相并联有源电力滤波器的数学模型
• 4.1.1 三相三线制有源电力滤波器主电路的数学模型
• 4.1.2 三相四线制电容中点式有源电力滤波器主电路的数学模型
• 4.2 补偿电流的跟踪控制策略
• 4.2.1 三角波比较电流跟踪控制法
• 4.2.2 滞环比较电流跟踪控制法
• 4.3 有源电力滤波器控制策略
• 4.3.1 基于检测负载电流的控制策略
• 4.3.2 基于检测直流侧电容电压的控制策略
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 三相四线制有源电力滤波器的控制策略
• 4.4.1 指令电流运算电路
• 4.4.2 直流侧电压控制
• 4.4.3 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 有源电力滤波器样机设计
• 5.1 主电路设计
• 5.1.1 样机的构成
• 5.1.2 直流侧电容的设计
• 5.1.3 并网接口电感的设计
• 5.2 控制电路设计
• 5.2.1 DSP 选型及其电源电路设计
• 5.2.2 外围电路设计
• 5.2.3 通信电路设计
• 5.3 人机界面设计
• 5.4 软件设计
• 5.4.1 软件规划
• 5.4.2 软件流程
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 工作总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献