基于DSP的单相并联型有源电力滤波器的研究与设计

发布时间：2017-09-11 04:02

  本文关键词：基于DSP的单相并联型有源电力滤波器的研究与设计

  更多相关文章： 有源电力滤波器 谐波电流检测 三角载波 PI控制 复合控制 DSP

【摘要】：随着电力电子技术的不断发展,各种非线性负载的广泛使用,大量的谐波注入电网中,给电力系统造成了严重的危害。有源电力滤波器以其优越的补偿性能日益成为谐波抑制的重要手段,是改善电能质量的一个重要发展趋势。目前国内外对有源电力滤波器的研究主要集中在三相有源电力滤波器上,而随着单相设备的广泛使用,由单相设备引起的谐波问题也日趋严重。本文针对单相系统的谐波问题进行研究,并设计开发了一台单相有源电力滤波器样机。本文的主要研究内容可以归纳如下:(1)首先分析了单相并联型有源电力滤波器的原理及电路结构,并建立了其数学模型。对常用的谐波检测方法作了介绍,分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法和基于鉴相原理的谐波检测方法。最后选择了基于鉴相原理的谐波检测方法进行了实验和仿真研究。(2)介绍了两种常用的电流跟踪策略,选择三角载波比较法作为仿真和实验系统的补偿电流生成方法。系统总体采用了电流内环电压外环的双环控制策略,分析了电流内环PI控制器和重复控制器的设计,对比了电流内环控制中PI控制与复合控制的性能,详细给出了电流内环电压外环控制器参数的推导过程。(3)对单相并联型有源电力滤波器进行硬件设计,详细分析了单相有源电力滤波器的功能要求和技术指标,给出系统的硬件总体设计。包括系统控制板、系统主电路板、驱动电路板、采样调理板等。详细给出了硬件参数选择,设计原理图。(4)对单相并联型有源电力滤波器进行软件设计,包括主程序和中断程序,详细给出了各个程序流程图。在CCS3.3开发平台下进行系统软件程序的编写,并对程序进行调试。最后,在MATLAB/Simulink环境下对系统进行仿真,在硬件平台上对系统进行实验测试,分别采用PI控制和PI+重复控制策略进行补偿研究,从仿真和实验波形可以看出复合控制器的性能明显优于PI控制。测试结果表明,所设计的样机达到了预期目标。
【关键词】：有源电力滤波器 谐波电流检测 三角载波 PI控制 复合控制 DSP
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN713.8;TM761
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题的研究背景和意义11-12
• 1.2 有源电力滤波器的国内外发展现状及趋势12-15
• 1.2.1 有源电力滤波器的国内外发展现状12-14
• 1.2.2 有源电力滤波器的发展趋势14-15
• 1.3 本文研究的主要内容15-17
• 第2章 单相有源电力滤波器原理及谐波检测方法17-28
• 2.1 单相有源电力滤波器的基本原理17
• 2.2 单相并联型有源电力滤波器数学模型17-20
• 2.2.1 采用开关函数描述的数学模型18-19
• 2.2.2 采用占空比描述的数学模型19-20
• 2.3 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法20-24
• 2.3.1 p-q法21-23
• 2.3.2 ip-iq法23-24
• 2.3.3 基于三相瞬时无功功率理论的单相谐波检测24
• 2.4 基于鉴相原理的单相系统瞬时谐波无功电流检测算法24-27
• 2.4.1 基于鉴相原理的单相系统瞬时谐波无功电流检测算法24-26
• 2.4.2 锁相环的作用26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 单相有源电力滤波器控制系统研究与设计28-42
• 3.1 电流跟踪策略28-29
• 3.1.1 滞环比较法28-29
• 3.1.2 PI+三角波比较法29
• 3.2 直流侧电容电压的稳定控制29-30
• 3.3 基于PI控制器的双闭环控制系统设计30-35
• 3.3.1 电流内环PI控制器设计31-34
• 3.3.2 电压外环PI控制器设计34-35
• 3.4 电流内环复合控制器研究与设计35-41
• 3.4.1 重复控制的原理35-36
• 3.4.2 重复控制器的结构36-38
• 3.4.3 复合控制器分析38-39
• 3.4.4 复合控制器参数设计39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 单相有源电力滤波器的硬件设计42-56
• 4.1 单相并联型有源电力滤波器的功能要求42
• 4.2 单相并联型有源电力滤波器的技术指标42-43
• 4.3 硬件整体架构43-44
• 4.4 APF主电路硬件设计44-47
• 4.4.1 直流侧电容电压确定44-45
• 4.4.2 直流侧电容的选择45
• 4.4.3 交流侧滤波电感的选择45-47
• 4.4.4 主电路功率管的选择47
• 4.5 主控板电路设计47-51
• 4.6 采样调理板设计51-53
• 4.6.1 电流采样电路51-52
• 4.6.2 直流侧电容电压采样电路52
• 4.6.3 电网电压检测调理及同步信号获取电路52-53
• 4.7 MOSFET驱动电路设计53-55
• 4.8 本章小结55-56
• 第5章 单相有源电力滤波器的软件设计56-65
• 5.1 软件开发平台56-57
• 5.2 软件总体结构57
• 5.3 系统主程序设计57-58
• 5.4 中断程序设计58-64
• 5.4.1 数字低通滤波器设计59-60
• 5.4.2 PI控制子程序60-62
• 5.4.3 复合控制程序62
• 5.4.4 PWM脉冲生成62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 单相有源电力滤波器仿真与实验测试65-74
• 6.1 单相有源电力滤波器仿真模型65-67
• 6.1.1 仿真模型搭建65
• 6.1.2 谐波电流检测模块65-66
• 6.1.3 补偿电流控制模块66-67
• 6.2 单相有源电力滤波器仿真分析67-70
• 6.3 实验测试70-73
• 6.3.1 测试平台的搭建70
• 6.3.2 样机测试70-73
• 6.4 本章小结73-74
• 总结与展望74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 附录A 攻读学位期间发表的论文80-81
• 附录B 硕士期间参加的科研项目81-82
• 附录C 部分项目图片82-83
• 附录D 部分程序代码83-86

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