串联混合型有源电力滤波器研究

论文摘要

船舶电网是船舶的一个重要组成部分，直接影响着船舶运行的安全性与经济性。有效地减少船舶电网谐波污染并提高其功率因数将产生可观的节能效益又降低电网崩溃的危险。而船舶电网谐波抑制过程比陆上电网更复杂，为此在传统的无源补偿装置难以满足对谐波和无功功率进行快速动态补偿的情况下，有源电力滤波器(APF)成为了改善电网电能质量的发展方向。相比并联型APF，串联APF在本质上是一个谐波隔离器，相当于在电网和负载之间串入一个有效的受控阻抗，所以设计容量可以更小。对于一些特定的小容量电网，尤其是船舶电网这种具有复杂环境的独立小容量电网来说，因受船舱空间和海上恶劣气候等因素的限制，对滤波器的体积和可靠性有更高的要求。从而使串联型APF的研究越来越引起人们的重视。本文首先对有源电力滤波的原理与发展进行了介绍，然后对常见无功及谐波电流的检测技术以及各种有源电力滤波器控制策略做了对比分析。为了更有效地开发有源电力滤波器并降低其成本提供研发依据，本文重点是通过仿真研究对几种谐波和无功功率检测方法及控制方式进行对比与分析，特别是研究了各种谐波检测方法应用于串联混合型APF后的滤波效果。之后，本文从滤波效果方面对几种不同方法设计的FIR滤波器进行了研究和分析。此外，本文还利用上述结果，从以DSP为基础的数字化实现方法的角度对给出了几种不同的有源电力滤波器设计思路。另外，本文中常用“有源滤波器”来作为“有源电力滤波器”的简称。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 船舶电网谐波的产生和电能质量规范规定
• 1.2.1 船舶电网谐波的产生
• 1.2.2 谐波对船舶电网的危害
• 1.2.3 船舶电网电能质量的要求和面临的问题
• 第二章 有源电力滤波技术的特点及其发展
• 2.1 有源电力滤波技术的特点
• 2.2 有源电力滤波技术的发展
• 2.3 当今有源电力滤波器市场的产品性能及设计策略
• 2.3.1 有源电力滤波器的性能要求
• 2.3.2 国外成熟产品的设计策略
• 第三章 有源电力滤波的基本理论和技术
• 3.1 有源电力滤波器的基本原理和分类
• 3.1.1 有源电力滤波器的基本原理
• 3.1.2 有源电力滤波器的分类
• 3.2 常见无功及谐波电流的检测技术及其比较
• 3.3 有源电力滤波器控制策略分析
• 第四章 串联混合型APF仿真对比研究
• 4.1 SAPF简述
• 4.1.1 SAPF的基本原理
• 4.1.2 串联混合型APF电路
• 4.2 系统仿真模型的建立
• 4.2.1 非线性负载
• 4.2.2 PF的设计与仿真
• 4.3 不同谐波检测及滤波方法的仿真对比
• 4.3.1 基于瞬时无功功率理论的谐波检测和滤波方法
• 4.3.2 三相正弦波调制电流检测和滤波方法
• 4.3.3 基于鉴相原理的瞬时电流检测和滤波方法
• 4.3.4 自适应检测法
• 4.4 本章小节
• 第五章 系统的电路与程序设计思路
• 5.1 系统硬件电路的设计思路
• 5.1.1 DSP芯片的类别和使用选择
• 5.1.2 A/D转换电路的实现
• 5.1.3 同步锁相（PLL）模块
• 5.1.4 模拟量输入单元
• 5.1.5 抗混叠低通滤波电路和前端信号调理电路
• 5.1.6 功率器件的选择
• 5.2 系统软件设计思路
• 5.2.1 过零比较电路的软件设计
• 5.2.2 采样时钟控制流程图
• 5.2.3 软件抗干扰和软启动策略
• 5.3 数字低通滤波器的设计
• 5.3.1 FIR滤波器设计方法
• 5.3.2 同阶滤波器不同设计方法下的结果比较
• 5.3.3 两类设计方法的结果分析
• 5.3.4 FIR滤波器的DSP实现
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 电力谐波动态抑制技术的展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表学术论文
• 参考文献