基于DSP的有源电力滤波器谐波检测技术的研究

论文摘要

随着各种电力电子装置和非线性负载的广泛使用,大量的谐波被注入到电网,使得电网中的电压和电流波形失真,严重影响到电网的电能质量。除此之外,由于大多数非线性电力电子装置的功率因数较低,也会影响供电质量。因此,为了保证有一个高水平的电能质量,谐波问题已经成为目前电力系统研究领域所面临的一个重大课题,受到越来越多的重视和关注。目前为止,有源电力滤波器是抑制谐波的最有效的手段之一。有源电力滤波器主要包括两个部分：指令电流运算电路和补偿电流发生电路。本论文重点研究了指令电流运算电路部分,对如何准确的检测出谐波分量做了深入的分析。本文从谐波问题入手,首先对谐波的概念、产生和危害进行了叙述,并介绍了抑制谐波的两种方法：一是从谐波源入手,减少谐波的产生；另一种方法是外加滤波装置,主要是无源滤波器和有源电力滤波器两种。其次,介绍了有源电力滤波器的国内外研究现状。最后,阐述了本论文的课题来源、研究内容和研究目标。本文对无源滤波器和有源滤波器进行了详细的阐述,主要包括它们的工作原理、分类和优缺点等。在分析传统的谐波检测方法的基础上,提出了一种新的谐波检测方案——采用专用的电能计量芯片ATT7022C检测谐波。针对该芯片的特点,全面论述了采用专用电能计量芯片检测谐波的工作原理,并将其与传统的谐波检测方法进行了比较。接下来阐述了基于DSP的有源电力滤波器的系统设计,详细给出了该检测方案的硬件电路原理图,包括主电路设计、辅助电源电路设计以及谐波电压和电流采样电路设计。另外,还介绍了系统的软件设计方法,详细给出了各部分的流程图。为了验证本方案的正确性和可靠性,除了在实践上对其进行论证之外,还利用MATLAB仿真软件对其进行了仿真研究。实验和仿真结果表明了采用专用电能计量芯片ATT7022C检测谐波的有效性,缩短了开发周期,提高了检测精度。最后,对全文进行了总结,并指出了进一步的研究方向与内容。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 电能质量问题的提出
• 1.2 谐波问题
• 1.2.1 谐波的概念
• 1.2.2 谐波的产生
• 1.2.3 谐波的危害
• 1.3 谐波的抑制方法
• 1.3.1 减少谐波的产生
• 1.3.2 安装滤波装置
• 1.4 APF的国内外研究现状
• 1.5 本文课题来源、研究内容和研究目标
• 第2章 无源滤波器和有源滤波器的概述
• 2.1 无源滤波器
• 2.1.1 无源滤波器的发展历程
• 2.1.2 无源滤波器的分类
• 2.1.3 无源滤波器的缺点
• 2.2 有源电力滤波器
• 2.2.1 APF的基本原理
• 2.2.2 APF的分类
• 2.2.3 APF的优缺点
• 第3章 APF中指令电流的提取方法
• 3.1 传统的谐波电流的检测方法概述
• 3.2 采用专用电能计量芯片提取谐波的方法
• 3.2.1 ATT7022C芯片简介
• 3.2.2 工作原理
• 3.3 两类谐波检测方法的比较
• 第4章 基于DSP控制的APF系统设计
• 4.1 系统的整体结构设计
• 4.2 主电路的设计
• 4.3 辅助电源设计
• 4.4 谐波检测系统设计
• 4.4.1 TMS320F28335（以下简称F28335）芯片的介绍
• 4.4.2 电流采样电路
• 4.4.3 电压采样电路
• 4.4.4 保护电路
• 4.4.5 人机界面
• 4.4.6 ATT7022C的外围扩展电路
• 4.5 系统软件设计
• 4.5.1 主程序
• 4.5.2 子程序
• 第5章 MATLAB/Simulink仿真及实验波形
• 第6章 全文总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后期工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文