三相四线制有源电力滤波器的研究与开发

发布时间：2017-08-11 20:11

  本文关键词：三相四线制有源电力滤波器的研究与开发

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【摘要】：现代工业的飞速发展离不开电力系统的支持,然而随着电力电子装置日益广泛的运用,以及用电设备对电能质量的要求越来越高,电网污染问题日益被人们所重视。如何“绿化”电网,已经成为电力系统领域越来越重要的课题。谐波含量和无功功率是电能质量两个重要的指标。有源电力滤波器是一种新型动态补偿谐波和无功功率的电力装置,在电能质量领域中扮演着越来越重要的角色。本文先后介绍了谐波的产生与危害,谐波的相关标准,国内外APF发展的趋势,有源电力滤波器的基本结构、原理、分类,进行了仿真研究,最后制作样机验证。本文以三相四线制电网系统为研究对象,着重研究了基于瞬时无功功率理论的检测算法以及基于递归离散傅里叶的检测算法,并对其进行了仿真研究。并对基于递归离散傅里叶检测算法的全谐波补偿与特定次谐波补偿两种模式进行了仿真研究,得出两种模式都可以达到补偿效果。研究了二极管钳位式三电平结构,对其进行了仿真,并对其进行了改进。本文提出了插入零电平控制算法,提高了装置的补偿效果。在仿真的基础上,建立了以STM32F4为主控制器的有源电力滤波器实验模型。进行了软件与硬件的设计,包括电流电压的采样、电网电压的锁相、谐波电流的检测、直流电容电压的控制、定时瞬时比较跟随器的算法、中断保护等。本文对滤波电感、直流电容、功率开关管等主要实验器件选型采用了理论计算与实际相结合的方法。最后,本文对有源电力滤波器装置调试。实验结果表明本文提出的算法、结构能够有效的对谐波进行抑制,实验验证了本文对有源电力滤波器装置所进行的软、硬件以及算法、结构的设计。
【关键词】：STM32F407 三相四线制 有源电力滤波器 瞬时无功功率理论 递归离散傅里叶算法
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM761;TN713.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 谐波的产生和危害10-11
• 1.2 谐波标准11-12
• 1.3 抑制谐波的方法12
• 1.4 国内外概况及发展趋势12-14
• 1.4.1 谐波和无功功率的理论研究12-13
• 1.4.2 谐波抑制和无功补偿装置的研究现状13-14
• 1.5 论文的主要工作14-15
• 第二章 有源电力滤波器15-25
• 2.1 有源电力滤波器概述15-16
• 2.2 有源电力滤波器的工作原理16-17
• 2.3 谐波电流检测位置的研究17-19
• 2.3.1 负载侧电流检测17-18
• 2.3.2 电网侧电流检测18-19
• 2.4 并联型有源电力滤波器主电路拓扑形式19-21
• 2.4.1 H桥式19-20
• 2.4.2 电容中点式20
• 2.4.3 三相四桥臂式20-21
• 2.4.4 小结21
• 2.5 电流跟踪控制算法21-23
• 2.5.1 瞬时值比较法21-23
• 2.5.2 三角波比较方式23
• 2.5.3 小结23
• 2.6 直流侧电压控制23-25
• 第三章 谐波和无功电流检测算法研究及其仿真25-44
• 3.1 瞬时无功功率理论25-28
• 3.1.1 瞬时无功功率理论基础25-27
• 3.1.2 三相电路谐波和无功电流的检实时测27-28
• 3.2 单周控制28-30
• 3.3 递归离散傅里叶变换算法(RDFT)30-31
• 3.4 有源电力滤波器的仿真分析31-38
• 3.4.1 基于瞬时无功理论的APF仿真32-35
• 3.4.2 基于递归离散傅里叶算法的APF仿真35-38
• 3.5 对控制算法的改进38-43
• 3.5.1主电路的三电平拓扑38-41
• 3.5.2 对全桥控制算法的改进41-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 有源电力滤波器硬件设计44-55
• 4.1 模块选取原则44-46
• 4.1.1 主电路的容量44
• 4.1.2 直流侧电压的选取原则44
• 4.1.3 直流侧电容的选取原则44-45
• 4.1.4 交流侧滤波电感的选取原则45
• 4.1.5 开关器件的选取45-46
• 4.1.6 驱动电路46
• 4.2 硬件设计46-51
• 4.2.1 总体设计46-48
• 4.2.2 电流和电压检测电路48-51
• 4.3 PWM主电路和IGBT保护电路设计51-55
• 4.3.1 PWM主电路的设计及参数的选取51-53
• 4.3.2 IGBT保护电路设计53-55
• 第五章 有源电力滤波器软件设计55-61
• 5.1 主程序流程设计55
• 5.2 电网电压同步过零点的检测55-56
• 5.3 谐波和无功电流的计算56-58
• 5.4 直流侧电容电压控制58-59
• 5.5 PWM控制算法设计59-60
• 5.6 中断保护程序设计60-61
• 第六章 有源电力滤波器实验61-65
• 6.1 实验系统的结构与参数61
• 6.2 实验结果及分析61-65
• 总结与展望65-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-74
• 攻读学位期间主要的研究成果74-76
• 附录：主控制器76-78

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本文编号：658028