新型混合式单相有源电力滤波器

发布时间：2019-10-16 11:40

【摘要】：目前在有源电力滤波器方面研究较多的是三相三线及三相四线的有源电力滤波器，而对单相有源电力滤波器的研究较少，但单相电力电子设备的使用量也非常大，对电网造成的谐波污染也非常严重，且单相有源电力滤波器的谐波电流检测与控制及直流侧电压控制等均有其特定问题。无源滤波器可以对指定次谐波进行滤波，而无功补偿器可以提高功率因数，若结合两者的长处不仅可以降低单相有源电力滤波器的容量，且可简化单相有源电力滤波器以提高性价比，故研究混合式单相有源电力滤波器有着重要的实际意义。本文探讨一种新型的谐波电流检测与控制方案并制作新型混合式单相有源电力滤波器实验装置进行实验研究。首先，本文对混合式有源电力滤波器的国内外研究现状及发展动态进行了综述，在此基础上，针对新型混合式单相有源电力滤波器，提出了加窗快速傅里叶变换法的谐波电流检测方案、PI控制与重复控制结合的谐波补偿控制方案，确定了系统的总体方案与功能，并制定了研究思路。其次，确定了新型混合式单相有源电力滤波器的总体结构。根据单相系统的特殊性及对常用谐波电流检测法的分析，提出了应用加窗快速傅里叶变换的谐波电流检测法，及采用PI控制与重复控制相结合的综合控制方法。利用MATLAB仿真，对比了加窗快速傅里叶变换法与目前应用较多的三相瞬时无功功率谐波检测法在单相有源电力滤波器上的谐波测控效果，结果表明本文所用检测方法具有检测更准确、应用更容易的优点。进而，本文对新型混合式单相有源电力滤波器进行测控综合仿真，结果表明采用综合控制方法后，提高了谐波补偿效果。然后，对新型混合式单相有源电力滤波器进行了软、硬件设计，并以单相有源电力滤波器为主，以无源滤波器和无功补偿器为辅。硬件部分选择了以STM32F103ZET6芯片为测控核心，设计了系统控制电路与驱动电路，软件部分完成了加窗快速傅里叶变换法、PI控制法和重复控制法等新型测控方法程序的实现，并移植了uC/OS-II实时操作系统，实现多任务操作。最后，搭建了新型混合式单相有源电力滤波器实验装置，进行了基于加窗快速傅里叶变换法的谐波电流检测、PI控制和重复控制相结合的谐波电流测控实验，初步验证了本文所用测控方案的可行性。
【图文】：

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主电路谐波电流检测驱动电路谐波电流补偿调节APF图 1.1 有源电力滤波器的基本原理结构框图1.2.1 有源电力滤波器的国内外研究现状有源电力滤波器诞生于 1969 年，当时 J.F.Marsh 和 B.M.Bird 在他们发表的论文中阐述了一个观点，就是通过向电网中补偿进 150Hz 的谐波电流来使得电网中谐波电流成分减少，进而改善电网质量的新方法，这为有源电力滤波器的发展奠定了思想基础。随即在 70 年代，， T.Machida 等人发表论文，第一次对有源电力滤波器整个运行的基本原理进行了完整解释。70 年代后期，电力电子技术进步迅猛，有人便提出在有源电力滤波器中使用大功率可控开关管的新技术，并定义了有源电力滤波器的概念，介绍了其主电路的基本控制方法及使用的基本结构。80 年代，随着赤木泰文?

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际需求对核心部件进行了预选型。2.1 系统总体方案与功能本文设计的新型混合式单相有源电力滤波器，其主要功能是在单相 220VAC电条件下，将非线性用电负载产生的谐波电流进行有源滤波、无源滤波，滤波围为 2-20 次，且可对特定谐波次数进行滤波，并通过无功补偿器进行无功补，最终使谐波电流得到滤除，以使电网侧的谐波畸变率达到规定要求，并提升网供电质量。总体技术方案是：无源滤波器通过谐振原理将非线性用电负载产生的 3、5谐波电流滤除，从而减小单相有源电力滤波器的容量；而单相有源电力滤波器过检测出经无源滤波后的谐波电流信号，然后将与之大小相同、相位相反的谐补偿信号发送给补偿器，进而产生谐波补偿电流注入电网，使电网侧电流谐波变率大大降低，从而得到满意的谐波电流补偿效果；无功补偿器通过对功率因的检测来投切电容，进而提升电网供电质量。本文的系统基本组成原理框图如图 2.1 所示：L sinωtsise'LiLi1CTPT 2CT
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN713;TM761

【参考文献】