基于LC滤波器的三相并联型有源滤波器的研究

发布时间：2017-05-02 18:06

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【摘要】：本课题隶属于教育部高等学校博士学科点基金资助课题“电网谐波抑制技术的研究”(20101402120004),是针对非线性装置在电网中产生的谐波污染问题提出的。并联型有源电力滤波器(APF)是一种新型的谐波治理和补偿无功功率的装置,具有动态补偿谐波及无功功率、动态响应速度快、稳态补偿精度高、补偿方式灵活、抗干扰性能好等优势,对于改善电能质量、解决谐波污染具有重要意义。本课题以治理谐波、改善电能质量为研究目的,设计了基于LC滤波器的三相三线制并联型APF的部分硬件电路和软件系统,研究内容如下:对电能质量进行分析,介绍了电能质量的国家标准和谐波治理的常用方式,分析了三相三线制并联型APF的拓扑结构与工作原理。在控制方法上,采用了基于单位功率因数的谐波检测方法,实现对谐波电流的实时跟踪,检测精度高、实时性好;在电流跟踪上,优化了传统SVPWM(电压空间矢量)算法,设计了计算量小、动态响应好的基于60°坐标系下SVPWM算法。对直流侧电压控制上,采用PI调节器,实现对电压平衡的调节。为进一步降低APF容量,在并网侧设计了滤除7次谐波的串联单调谐LC滤波器。根据控制方法,确定了APF主电路以及LC滤波器的参数,建立了数学模型,在Matlab/Simulink环境下,搭建了仿真模型,谐波电流总畸变率由30.61%降到6.05%,结果表明基于60°坐标系下SVPWM算法对谐波的抑制能够满足实验要求。对比了负载突变谐波电流波形,60°坐标系下SVPWM算法比传统SVPWM算法响应快、动态性能好。LC滤波器的加入使电流总畸变率由6.05%降低到4.32%,APF两端电压明显降低,提高了装置容量。完善了实验平台,设计部分硬件电路,包括基于60°坐标系下SVPWM算法的控制电路,LC滤波器以及相应的保护电路。完成了软件的编写,主要包括初始化程序、主程序、谐波检测与控制程序三部分。最后在搭建的软硬件平台进行实验调试,谐波电流总畸变率由42.1%降到6.05%,结果表明所选择方案的正确性和有效性,并且能够有效降低电网中的谐波含量,对低次谐波具有明显的抑制作用。
【关键词】：有源电力滤波器 UPF谐波检测 60°坐标系下SVPWM LC滤波器 DSP
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN713.8;TM761.12
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTARACT5-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 电能质量分析10-12
• 1.1.1 谐波分析10-11
• 1.1.2 谐波危害以及分类11
• 1.1.3 电能质量标准11-12
• 1.2 综述谐波治理的常用方法12-17
• 1.2.1 无源滤波器13-14
• 1.2.2 有源滤波器14-16
• 1.2.3 混合滤波器16-17
• 1.3 概述有源电力滤波器的几种常见控制技术17-22
• 1.3.1 并联型有源电力滤波器的基本原理与拓扑结构17-18
• 1.3.2 谐波电流检测方法研究18-20
• 1.3.3 电流跟踪控制方法研究20-22
• 1.4 APF的研究热点和发展方向22-23
• 1.4.1 APF的研究热点22
• 1.4.2 APF的发展方向22-23
• 1.5 本文主要内容23-26
• 第二章 并联型有源电力滤波器的控制方案26-44
• 2.1 单位功率因数谐波电流检测算法研究26-28
• 2.2 电压空间矢量（SVPWM）控制算法研究28-40
• 2.2.1 电压空间矢量调制（SVPWM）的基本原理28-32
• 2.2.2 传统电压空间矢量（SVPWM）算法32-36
• 2.2.3 60°坐标系下电压空间矢量（SVPWM）算法36-40
• 2.3 直流侧稳压控制40-41
• 2.4 SVPWM在有源滤波器中的实现41-42
• 2.5 本章小结42-44
• 第三章 LC滤波器设计以及主电路参数设计44-52
• 3.1 混合滤波器的基本结构以及补偿原理44-46
• 3.2 无源电力滤波器的参数计算46-48
• 3.2.1 LC滤波器的设计准则46-47
• 3.2.2 7次谐波单调谐滤波器的设计47-48
• 3.3 主电路参数设计48-51
• 3.3.1 主电路交流测电感的计算以及选取48-50
• 3.3.2 主电路直流侧电容的设计以及选取50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 仿真实验52-60
• 4.1 有源电力滤波器的仿真研究52-57
• 4.2 混合电力滤波器的仿真研究57-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第五章 三相并联型有源滤波器的硬件电路设计60-68
• 5.1 主控芯片的介绍60-61
• 5.1.1 F2812最小系统60
• 5.1.2 电源与复位电路60-61
• 5.1.3 外扩RAM设计61
• 5.2 基于DSP芯片的系统构成61-62
• 5.3 控制电路62-63
• 5.4 驱动电路63-64
• 5.5 过零检测和锁相倍频电路64-65
• 5.6 保护电路65-67
• 5.5.1 直流侧电压过压欠压保护65-66
• 5.5.2 直流侧限流启动保护66-67
• 5.7 本章小结67-68
• 第六章 三相并联型有源滤波器的软件设计68-74
• 6.1 APF软件系统68
• 6.2 主程序68-70
• 6.3 单位功率因数算法分析70-71
• 6.4 60°坐标系下SVPWM算法71-72
• 6.5 本章小结72-74
• 第七章 实验调试与波形74-80
• 7.1 实验参数74-75
• 7.2 实验波形75-78
• 7.2.1 采样调理电路75
• 7.2.2 过零检测与锁相倍频电路75-76
• 7.2.3 60°坐标系下SVPWM混合滤波器补偿结果分析76-78
• 7.3 本章小结78-80
• 第八章 结论与展望80-82
• 8.1 结论80
• 8.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文88

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1 赵文强;陈国柱;;并联型APF在容性非线性负载中应用[J];电力自动化设备;2009年12期

2 章广清;刘建峰;;基于空间矢量控制策略的并联型APF研究[J];硅谷;2011年19期

3 范瑞祥;孙e

本文编号：341429