具有光伏发电功能的并联型有源电力滤波器的研究

摘要

随着社会经济的发展和电力电子技术的进步，电力电子器件得到了广泛的应用。二极管及相控变流器已成为当今公用电网接口的最主要的电力电子装置。这类变流器在公用电网中产生了大量谐波，影响了其他用电设备的正常使用，给电网造成了安全隐患，是目前亟需解决的问题。 有源电力滤波器是治理谐波的有效装置，它克服了无源滤波器的缺点，具有可控、主动、灵活等特点，同时具有有无功补偿的能力，是未来谐波治理的发展方向。本文主要研究了并联型有源电力滤波器的原理、拓扑结构及主要参数的选择。在此基础上研究了光伏并网逆变器和并联型有源电力滤波器统一控制的可行性，给出了控制策略，并搭建了实验平台。 首先，介绍了谐波的概念和谐波的危害，分析了谐波治理的必要性及无源滤波技术的发展及其局限性。引入了有源电力滤波技术，详细介绍了有源电力滤波器的结构、原理及主要研究内容。研究了有源电力滤波器主电路拓扑结构，给出了一种工程化的有源电力滤波器输出滤波电感的设计方法。介绍了各种谐波电流检测技术，详细推导了基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法。设计了二阶巴特沃斯数字低通滤波器。 然后，介绍了光伏并网发电系统。对比了光伏并网逆变器和并联型有源电力滤波器的异同，从结构上证实具有光伏并网发电和有源电力滤波功能的逆变器是可以实现的。研究了统一控制逆变器的控制策略，就指令电流的合成提出了相应的算法。 介绍了控制系统的软件设计和硬件设计。控制芯片采用TMS320F2812，硬件电路主要包括电压电流采样和保护、电压锁相、PWM脉冲生成等。并采用C语言编程，实现了相应的控制算法。 最后，建立了三相并联型有源电力滤波器的仿真模型，研究了各种参数取值对其的影响；在此基础上建立了具有光伏并网发电和有源电力滤波功能的逆变器仿真模型，验证了所提出的控制策略。搭建了实验平台，进行了初步的实验。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1谐波治理的背景和意义

1.2无源滤波技术的应用及局限

1.3有源电力滤波技术的发展及优势

1.4光伏产业的发展及前景

1.5课题的主要内容和预期目标

1.5.1课题的主要研究内容

1.5.2具有光伏并网发电和有源电力滤波功能的逆变器指标

1.5.3本文的主要工作

第二章有源电力滤波器概述

2.1有源电力滤波器的发展

2.2有源电力滤波器原理和分类

2.2.1有源电力滤波器原理

2.2.2有源电力滤波器的分类

2.3有源电力滤波器的主要研究内容

2.3.1谐波电流的检测

2.3.2指令电流的跟踪控制

2.3.3逆变器直流侧电压控制

2.4有源电力滤波器的发展方向

本章小结

第三章有源电力滤波器主电路及输出滤波电感设计

3.1三相四线制有源电力滤波器的主要拓扑结构

3.2主电路输出滤波电感的设计

3.2.1输出滤波电感对有源电力滤波器性能的影响

3.2.2输出滤波电感的计算

3.2.3磁性材料的选择

3.2.4输出滤波电感的设计

3.3主电路直流侧电容的设计

本章小结

第四章谐波电流检测和数字低通滤波

4.1谐波提取技术

4.2基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测

4.2.1 p-q谐波电流检测方法

4.2.2 ip-iq谐波检测方法

4.2.3三相四线制系统中谐波电流的检测

4.3数字低通滤波器

4.3.1数字滤波器概述

4.3.2巴特沃思数字低通滤波器的设计

本章小结

第五章有源电力滤波与光伏并网发电统一控制研究

5.1光伏并网发电和有源电力滤波

5.1.1光伏并网发电系统介绍

5.1.2光伏并网逆变器与有源电力滤波器的比较

5.1.3统一控制的背景和意义

5.2光伏并网发电和有源滤波统一控制策略

5.3指令电流的合成和输出电流控制

5.3.1逆变器指令电流合成

5.3.2轻载时逆变器指令电流合成

5.3.3逆变器输出电流控制

本章小结

第六章控制系统的硬件和软件设计

6.1控制系统硬件设计

6.1.1控制芯片TMS320F2812介绍

6.1.2 PWM信号调理电路

6.1.3电流采样和保护电路

6.1.4电压采样和数字锁相环电路

6.2控制系统软件设计

6.2.1 DSP软件开发环境CCS介绍

6.2.2主程序和中断子程序

6.2.3谐波电流检测子程序

6.2.4数字低通滤波器的程序实现

6.2.5带死区的滞环PWM的程序实现

本章小结

第七章系统仿真和实验设计

7.1建模和仿真

7.1.1并联型有源电力滤波器的建模仿真

7.1.2并联型有源电力滤波器参数仿真研究

7.1.3有源电力滤波和光伏并网发电模型仿真

7.2实验平台搭建

7.3总结与展望

参考文献

致谢