小型船舶电力推进系统的有源滤波装置研发

摘要

随着电力电子技术的迅猛发展以及大功率交流电机的变频调速技术的不断成熟，船舶电力推进系统迎来了一个蓬勃发展的时期。然而，电力电子技术在船舶上的大量应用也带来了船舶电网的谐波问题，而且越来越突出和严重，国内外都发生过因谐波而引发的重大船舶事故。特别是针对小型电力推进船舶，由于电网容量小，变频驱动功率相对较大，产生的谐波引起电网电压及电流波形的较大畸变，严重恶化船舶电网的电能质量，对电网的容量选择与安全造成很大的影响。所以对小型船舶电力推进系统的谐波抑制研究就成了一个很有意义的研究课题。
　　有源滤波具有高可控性和快速响应性，能够做到适时补偿，且不增加电网的电容元件，具有比无源滤波器更好的滤波效果和无可比拟的优越性。有源滤波器(APF，Active Power Filter)作为抑制谐波、改善电网电能质量的一项关键技术，并可以显著提高电力系统稳定性，被公认为是解决电力系统谐波问题的最有效手段之一。随着半导体工业的发展，器件性能价格比的不断提高，以及数字信号处理技术的不断进步，近年来有源滤波在国内陆上大电网不同电力系统中得到越来越多地的应用，但由于船舶电力系统具有强耦合、小电网、大负载等特点，船舶电网电压和频率参数波动频繁，如果直接采用陆上大电网频率不变的有源滤波技术来解决船舶电网的谐波问题，效果往往不佳并可能导致全船失电事故，适用于电力推进船舶小电网的有源滤波技术相关理论及控制方法的研究至今还未取得突破性成果。
　　因此，本文借鉴陆上有源滤波基本思想，以小型船舶电力推进系统为研究对象，研究有源滤波控制策略以及参数优化方法，探讨简单有效补偿方法，解决船舶电力系统的谐波干扰问题，实现船舶电力推进系统的稳定运行，满足船舶清洁的电网电能质量的要求。具体安排如下：
　　首先，介绍了谐波和船舶电力推进系统的概念，论述了谐波对船舶电网的影响以及原因，阐述了国内外对船舶电网谐波抑制的研究现状，最后说明了本论文的主要工作内容。
　　其次，主要对有源电力滤波器的工作原理以及拓扑结构进行了具体的介绍，并且对此装置的参数进行了详细的计算。
　　再则，对谐波检测和补偿算法做了深入的研究，提出了用自适应陷波器测量船舶电网频率的算法，并且通过仿真取得了很好的补偿效果。
　　最后，根据实验室现有的条件做了以TMS320F2812DSP芯片为核心的装置的实验分析，实验结果证明了该装置满足了设计要求，并验证了设计思想的可行性。

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第1章 引言

1.1绪论

1.2课题来源和背景

1.3选题的目的和依据

1.4国内外研究现状

1.5本文的主要研究内容

第2章 有源电力滤波器的原理与系统构成

2.1有源电力滤波器的基本工作原理

2.2有源电力滤波器的拓扑结构和分类

2.3本章小结

第3章 并联型有源电力滤波器的设计

3.1概述

3.2系统电路的设计

3.3本章小结

第4章 谐波检测和补偿控制算法的研究及仿真分析

4.1谐波检测方法概述

4.2基于自适应陷波器测频的谐波检测算法

4.3补偿控制算法

4.4有源电力滤波器的仿真分析

4.5本章小结

第5章 并联型有源电力滤波器控制系统的实验分析

5.1 TMS320F2812简介

5.2软件系统的整体设计

5.3电网电压频率检测单元

5.4电流检测单元

5.5 IPM功率单元电路设计

5.6实验结果分析

5.7本章小结

第6章 结论与展望

6.1本文研究工作总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文