三相四线制并联型有源滤波器物理模拟装置的研制

论文摘要

电力电子技术的快速发展和广泛应用,使得电网的谐波污染问题日益严重。基于电力电子开关器件的并联型有源滤波器（Active Power Filter, APF）是实现谐波动态补偿的有效手段之一。通过合适的控制,APF还可以实现无功功率、电压闪变和不对称分量补偿等功能,并具有补偿效果不受电网阻抗、频率等参数变化影响的优点。本文首先对当前电力系统中谐波的产生、危害及治理措施进行了介绍,综述了APF的发展和研究现状,重点论述了并联型APF的相关理论,包括APF的基本原理、主电路拓扑结构、基于瞬时无功功率原理的ip-iq谐波电流检测法,以及补偿电流的跟踪控制策略。在此基础上,以IPM模块PM200DSA120为开关元件、工业控制机+双DSP为控制系统核心,基于福建省电力试验研究院的实时数字仿真系统（Real Time Digital Simulator, RTDS）设备,研制了一种与RTDS互联、自带谐波污染源的APF物理模拟装置。本文主要研究工作包括:第一,提出了主电路参数、装置硬件和控制系统硬件的设计和实现方案,设计了以工业控制机为上位机,以DPS2812Mv2控制板和VC33PS采集板为下位机的控制系统;通过开关切换,本装置可以方便地运行于单相或三相四线模式;构建了以三相整流器带阻感负载的模拟谐波源;以MATLAB6.5为平台建立了并联型APF的数字仿真模型,并进行仿真分析。第二,基于软件Protel99SE,设计了APF控制系统及其周边电路的硬件电路板。第三,开发了装置下位机控制系统软件和上位机监视系统软件:以CCS2000软件为平台编写了DPS2812Mv2为核心的下位机控制程序,以VC6.0软件为平台编写了上位机界面监控程序;实现了实时修改装置运行PI参数,实时监控装置运行状态和信号录波等功能。第四,对APF模拟装置进行了谐波和无功补偿、负载突变响应及与RTDS互联等实验,验证了一些重要结论。本文工作为更深入研究APF及其控制系统的动态特性提供了良好的实验平台,为实际APF装置的工程设计、设备选购和实现奠定理论和实验基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电力系统谐波电流的产生及危害
• 1.3 电力系统谐波的治理措施
• 1.4 有源电力滤波器研究现状
• 1.5 本文所做工作及内容安排
• 2 并联型APF的工作原理和关键技术
• 2.1 引言
• 2.2 并联型APF的基本原理及主电路结构
• 2.3 谐波电流的快速检测方法
• 2.4 补偿电流的控制策略
• 2.5 小结
• 3 APF模拟装置硬件电路的设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 装置的运行参数
• 3.3 主电路设计方案
• 3.4 控制系统的硬件设计与实现
• 3.5 小结
• 4 APF模拟装置控制系统软件的设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 下位机系统软件设计
• 4.3 上位机系统软件设计
• 4.4 小结
• 5 APF模拟装置的数字仿真与实验结果
• 5.1 引言
• 5.2 数字仿真
• 5.3 动模实验
• 5.4 APF与RTDS互联实验
• 5.5 小结
• 6 全文总结
• 6.1 工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1：APF物理模拟装置外观图
• 附录2：程序流程图中的关键变量定义