并联型有源电力滤波器通用实验平台的研究

摘要

电网电压正弦化且功率因数为1是电力系统安全、经济、高效和优质运行的重要保证，特别是随着电力电子装置的广泛普及，急需能够实现动态抑制谐波且补偿无功功率的设备。APF(Active Power Filter，有源电力滤波器)本质上是能够为特殊用电设备的正常工作提供指定谐波和无功的逆变器，作为一种新型的有源补偿装置具有其显著的优越性，但现阶段国内对其研究工作和工业应用尚不成熟。近年来，国内从事APF的开发人员日益增多，研究人员为了验证理论的实际效果往往需要耗费大量的人力物力搭建实际的实验系统，从而不利于APF研究开发的效率。因此，本文以并联型APF为主要研究对象，设计一种多功能、开放性、全数字化的并联型APF通用实验平台为目的，对实验平台的功能需求、工作原理、通用软硬件设计等问题进行了深入研究，为通用实验平台的研制进行了一定的理论储备，同时为搭建硬件平台开展相关实验研究并进行功能拓展分析。最后为提高实验平台的设计效率，缩短生成周期而进行2D机柜布局电气布线设计。这些成果对以APF为代表的大容量电力电子设备的研发具有借鉴意义。
　　(1)论文首先确定了实验平台的整体设计流程，在分析实验平台功能需求的基础上，对其工作原理进行了阐述，设计实验平台具有单/三相APF模式转换和其他拓展功能。并针对并联型APF通用实验平台的主要功能需求，对其总体结构进行设计。
　　(2)完成对实验平台主电路、控制电路和测控接口电路的原理图设计。提出了一种本地监控和远程数据共享方案，并采用Microsoft Visual Studio2010软件开发监控系统主界面。开发了通用主程序和中断服务子程序软件，论文给出了主要程序流程图。
　　(3)搭建了以DSP28335处理器为核心的硬件实验平台，编写控制软件并依次开展了数据采集实验、单相APF补偿实验和三相APF补偿实验。实验结果表明所设计并联型APF通用实验平台的总体设计方案和软硬件系统正确性。
　　(4)在并联型APF通用实验平台上通过模式转换开关选择不同的主电路拓扑，扩展外围电路，开发相适应的控制软件可进行其他有关电力电子技术的功能拓展实验，论文着重分析基于该平台实现电气化铁道有源综合补偿系统实验的原理并进行实验研究。
　　(5)最后为提高实验平台的设计效率，缩短生成周期而使用先进的机电一体化设计软件SolidWorks Electrical进行实验平台的2D机柜布局电气布线设计。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究内容

2 实验平台总体方案设计

2．1 实验平台设计流程

2．2 实验平台功能需求分析

2．3 实验平台工作原理分析

2．3．1 模式转换功能

2．3．2 主电路参数调节功能

2．3．3 运行监控功能

2．4 实验平台的总体结构

2．5 小结

3 实验平台的软硬件设计

3．1 实验平台主电路设计

3．2 实验平台的控制电路设计

3．2．1 继电器控制电路设计

3．2．2 交流接触器控制电路设计

3．3 实验平台测控接口电路设计

3．3．1 电源模块接口电路设计

3．3．2 数据采集模块电路设计

3．3．3 保护电路设计

3．4 实验平台监控系统设计

3．4．1 监控系统主界面设计

3．4．2 通用软件设计

3．5 小结

4 并联型APF实验及分析

4．1 实验平台搭建

4．1．1 实验平台硬件结构

4．1．2 实验平台主要元器件介绍

4．2 单相并联型APF实验

4．2．1 数据采集实验

4．2．2 单相并联型APF补偿实验

4．3 三相并联型APF实验

4．4 小结

5 功能拓展分析及实验研究

5．1 电气化铁道有源综合补偿实验

5．1．1 主电路组成

5．1．2 电气化铁道有源综合补偿系统实验

5．2 电力机车交流传动系统实验

5．3 其他拓展实验分析

5．4 小结

6 实验平台电气布线设计

6．1 开发软件简介

6．2 实验平台的机电一体化设计

6．3 实验平台布线优化

6．4 实验平台装配指导

6．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果