基于DSP的新型混合有源滤波器SRTHAF研制

摘要

电力系统的谐波给社会生产和人们的生活带来了巨大的危害,近年来,越来越严重的谐波污染已经引起了社会各界的广泛关注,各种滤波装置也应运而生.本论文就是适应社会的需要并结合工厂的实际情况研制出了一种面向冶金企业的新型滤波装置——串联谐振型混合有源滤波器SRTHAF,该装置的研制成功也将为有源滤波器在国内的早日普及应用奠定理论和技术基础,为高压、大中等功率混合型有源滤波器的工程应用积累经验.本文首先阐述了谐波的产生及危害,分析了有源滤波器的研究现状、分类和基本的工作原理,在此基础上结合冶金企业谐波治理的实际情况提出了新型混合有源滤波器SRTHAF,它把有源滤波器和无源滤波器很好的结合在了一起,并且具有注入式有源滤波器的优点,既增大了滤波器的容量又减小了装置的成本,是一种全新的谐波治理方案.通过对SRTHAF电路结构的分析,得到了SRTHAF的开关函数模型,为研究其控制策略提供了理论依据.通过对现有谐波检测方法的优、缺点比较,本文选取了基于瞬时无功功率理论的i<,p>,i<,q>谐波电流检测算法,并选用DSP(Digital Signal Processor)器件作为SRTHAF的控制平台,使得该算法具有更强的实时检测性能,同时对传统的i<,p>,i<,q>算法进行适当的改进,使其具有更快的处理速度和更强的检测性能.本文对有源滤波器的控制问题进行了深入的研究.传统的控制方法(如PI控制、滑模控制以及同步旋转PI控制等)都在算法复杂性、实时性、快速性、鲁棒性以及控制精度等几方面难以平衡,一般都侧重于强化某些性能,而以牺牲其它性能为代价.因此,本文在分析有源滤波器电压电流关系的基础上提出了模糊PI智能控制方法,实现了模糊控制和传统的PI控制的有机结合,使SRTHAF具有快速的动态响应速度和稳定的滤波效果,从而进一步完善和提高了有源滤波器的控制性能.最后,以冶金企业输配电网的谐波治理和无功补偿需求为背景,研制了基于DSP的串联谐振型混合有源滤波器SRTHAF实验装置,详细说明了装置中各部分电路的设计、元器件的选择和软件流程图.计算和实验结果分析表明,该装置具有很好的谐波治理和无功补偿功性能,且容量大、造价低,非常适合冶金企业的应用和推广.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章 绪论

1.1谐波的含义和性质

1.2谐波的产生

1.3谐波的危害

1.4谐波的抑制策略

1.5有源滤波器的研究现状

1.6本文的研究背景及主要内容

第二章有源滤波器的工作原理与建模

2.1有源滤波器的基本工作原理

2.2有源滤波器的分类

2.2.1根据逆变器类型分类

2.2.2根据电路拓扑结构分类

2.2.3根据补偿系统的相数分类

2.3新型串联谐振型混合有源滤波器SRTHAF的结构与数学模型

2.3.1 SRTHAF提出的背景

2.3.2 SRTHAF的结构

2.3.3 SRTHAF的建模

第三章采用DSP的谐波电流检测技术

3.1 DSP处理器的基本特征与结构

3.1.1 DSP处理器的特点

3.1.2 TMS320F240的结构

3.1.3 DSP处理器与微控制器(MCU)的比较

3.2谐波电流的实时检测技术

3.2.1谐波检测方法比较

3.2.2常规ip，iq算法

3.2.3 ip，iq算法的推广应用

3.2.4采用DSP的ip，iq算法改进与实现

3.2.5仿真结果

第四章有源滤波器的控制策略研究

4.1有源滤波器控制策略概述

4.1.1滞环比较控制

4.1.2无差拍控制

4.1.3三角波比较控制

4.2有源滤波器电压电流关系

4.3模糊PI控制方案

4.3.1模糊PI(Fuzzy-PI)控制器的结构和原理

4.3.2 Fuzzy-PI控制器的设计

4.3.3 Fuzzy-PI控制器的软件实现

4.4谐波电流控制策略的验证

第五章新型混合有源滤波器SRTHAF的研制

5.1串联谐振型混合有源滤波器SRTHAF的工程实现

5.1.1主电路模块的设计

5.1.2控制电路模块的设计

5.1.3系统软件设计

5.2 SRTHAF的工作性能分析

5.2.1 SRTHAF滤波效果分析

5.2.2 SRTHAF无功补偿效果分析

5.3系统实验结果

第六章结束语

6.1工作总结

6.2进一步的研究方向

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果