基于DSP的三相配电网并联型有源电力滤波器（APF）的研究与设计

摘要

近年来，随着各种非线性负荷在电网中的大量使用，电力系统的电能质量问题也变得越来越受到人们的关注和重视。因此，人们采取各种措施和手段来保障电网安全、经济、可靠的运行，提高电能质量以及保证人民的正常生活水平。　　有源电力滤波器作为一种治理谐波、改善电能质量的有效手段，被广泛的加以研究和使用。　　本文就是在系统的分析工作原理的基础上，详细地讨论了并联型有源电力滤波器的控制策略和主电路的拓扑结构；并在此基础上，本文具体地设计了基于DSP的并联型有源电力滤波器的硬件电路构成、软件系统的编制、各控制方法的实现等。最后利用SIMULINK仿真软件给出了整个并联型有源电力滤波器系统的仿真模型，并由仿真得出的APF的补偿电流波形验证了本文所设计的并联型有源电力滤波器的正确性和有效性。　　本论文重点对影响有源电力滤波器的检测性能和补偿特性的几个环节进行了详细的讨论：　　1、对检测环节中的低通滤波器进行了详细的设计　　在指令电流运算电路中，低通滤波器(LPF)的是用来滤除高次谐波而保留基波以下的电流一个电路，它对谐波检测的动态响应过程和检测精度有着很大的影响。本文从理论和仿真实验的角度来对LPF进行了分析设计，分别从低通滤波器类型的选择、低通滤波器阶数的确定和低通滤波器截止频率的计算三个方面进行了详细的讨论，从而得到一个符合检测性能要求的LPF。　　2、对直流侧电容电压的稳定进行了具体的控制设计　　APF是通过与变流器直流侧电容交换能量来进行谐波补偿的。为此，按照PWM控制规律，变流器的直流侧电容电压必须维持在某一恒定值。本论文是通过对直流侧电容电压Uc做适当的控制，直接从APF的交流侧获取能量维持其电压的恒定值。因此，这里设计了一个PI调节器来对直流侧电容电压Uc进行调节控制，使稳定在某一恒定值。　　3、对交流侧的串联电感进行了详细的计算　　串联电感L的选择影响APF的补偿电流跟踪指令电流能力，从而影响APF补偿电源电流的精确性和有效性。L太大，跟踪电流变化慢，导致跟踪电流和参考电流之间的误差较大；L太小，则当参考电流Iref变化缓慢时，补偿电流的变化量可能会超过参考电流Iref的变化量，从而形成毛刺。因此，本文在考虑以上两个方面的影响的基础上对串联电感L的值进行了详细的设计。　　最后通过SIMULINK仿真验证了本论文所设计的并联型APF具有良好的补偿特性和实时性，并证明了本文所提出的检测算法和控制策略是正确的和有效的，对设计具体的基于DSP的并联型有源电力滤波器装置具有重要的一定的意义和参考价值!

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1现代电力系统中的谐波及其危害

1.2谐波抑制和无功补偿装置的发展状况

1.2.1传统无源滤波器及其缺陷

1.2.2有源电力滤波器的优越性

1.3有源电力滤波器的系统分类

1.4本文研究的主要内容

第二章有源电力滤波器的理论基础、拓扑结构和控制策略

2.1有源电力滤波器的理论基础：瞬时无功功率理论

2.2有源电力滤波器的常用拓扑结构

2.2.1 APF的工作原理

2.2.2 APF的基本类型

2.2.2无源与有源混合型APF

2.2.3新型混合有源滤波器

2.3有源电力滤波器的控制策略

2.3.1谐波信号的检测

2.3.2补偿电流产生的控制法

第三章基于DSP的并联型有源电力滤波器的拓扑结构和控制原理

3.1基于DSP的并联型有源电力滤波器的拓扑结构

3.2基于DSP并联型有源电力滤波器控制系统原理框图

3.3基于DSP并联型有源电力滤波器的控制策略

第四章基于DSP的并联型有源电力滤波器的硬件系统设计

4.1主电路的设计

4.1.1直流侧电容参数的确定

4.1.2变流器交流侧串联电感L的设计

4.1.3电力开关器件的选择和APF容量的计算

4.1.4 IGBT保护电路设计

4.1.5 IGBT驱动电路设计

4.2 DSP控制系统设计

4.2.1 DSP选择和介绍

4.2.2同步采样A/D转换

4.2.3传感电路

4.2.4信号调理电路

4.2.5电网电压同步电路的设计

4.2.6电源电路设计

4.2.7 Flash ROM和普通RAM的选择

第五章基于DSP的并联型有源电力滤波器的软件系统设计

5.1 DSP应用软件的开发流程

5.2基于DSP的并联型有源电力滤波器的程序的开发

5.2.1 DSP编程语言的选择

5.2.2基于DSP的并联型有源电力滤波器的程序设计

5.2.3低通滤波器的设计

5.2.4变流器直流侧电容两端电压的稳定控制设计

第六章有源电力滤波器系统的SIMULINK仿真

6.1引言

6.2有源电力滤波器系统SIMULINK仿真模型的实现

6.2.1指令电流运算环节仿真模型

6.2.2补偿电流生成环节仿真模型

6.2.3主电路环节仿真图

6.2.4有源电力滤波器系统总仿真模型

6.3有源电力滤波器系统SIMULINK仿真波形

全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明