基于DSP的船舶非线性负载谐波抑制研究

摘要

多模式机舱综合仿真系统实验室的建设是由交通部专项实验室基金资助的项目。航运事业的迅速发展，推动了造船业的发展，涌现了多种推进模式，而现代船舶电力推进模式全面融合了目前最先进的数控技术，网络技术以及动力和机电控制领域的最新成果，其中，吊舱式电力推进系统最具有先进性，已引起国际造船和航运界的高度重视。国内对这一方面的研究虽起步较晚，但进入新世纪以来发展迅速，前景看好。由于在电力推进系统中必须使用大功率电力电子器件和船舶自动化机舱系统中大量应用各种电气设备，而这些设备由于利用开关器件的通断对电能进行变换，必然会产生无功电流和高次谐波，引起波形失真，对电力系统的稳定以及各项设备和通信产生日趋严重的有害影响。在由上海市教委科技项目(编号03IKl4)和上海市科技发展基金项目(编号021107013)支持的“多模式船舶综合电力系统和电力推进系统的仿真”课题中，进行抑制谐波和改善船舶电能质量方面的研究工作。本论文进行根据船舶特点的谐波抑制研究，并进行基于DSP和SVPWM算法的有源滤波器的研究开发。本论文设计并实现了基于DSP平台和SVPWM算法的有源滤波器的硬件系统和软件系统，为提高船舶综合电力系统的电能质量及谐波抑制探索了技术路线，提供了一个开发平台。本文工作主要包括： 1、 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法研究 2、 以DSP为核心的硬件系统设计 3、 补偿电流控制算法的研究 4、 补偿电流主电路的设计 5、 国外产品的试验比较本论文设计和开发了一个基于DSP平台的电力谐波抑制有源控制系统。系统通过实时检测电网中的谐波，控制有源滤波主电路产生补偿电流，同时对谐波电流进行实时补偿，从而达到谐波抑制的目的。系统主要由谐波检测和谐波控制两部分组成。谐波检测的设计基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测算法，其最大优点就是实时性强，更适合于实用的情况。谐波控制的设计思想是基于不定频滞环的SVPWM电流控制算法，这种算法把直流电压利用率提高了15.4％，有效地降低了功率开关管的开关损耗，可以根据被跟踪的电流矢量，优化选择三相VSR空间电压矢量进行SVPWM电流跟踪控制，从而在相对低的开关频率条件下较好地跟踪电流指令。 与传统的基于FFT。算法的系统相比，本系统由于成功地结合了基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测技术和TMS320LF2407A DSP芯片的优异的运算速度、强大的控制能力，所以实时性大为提高。同时，由于采用了软件过零比较、软件倍频、数字低通滤波等技术，简化了系统的硬件结构，提高了系统稳定性和可靠性。在谐波控制算法上，把不定频滞环控制和SVPWM电流控制算法结合起来，获得了更好的动态性能，减少了跟随误差。 根据以上系统的设计，运用MATLAB中的Simulink基本模块和电源系统模块集构建了有源滤波器系统的仿真模型、设计开发了基本实验平台。仿真结果和实验结果达到了预定的性能目标，证明了系统的设计思想的正确性和可行性。

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明及论文使用授权声明

第一章绪论

第二章有源滤波的基本理论和技术

第三章系统的硬件平台组成

第四章系统软件的设计

第五章系统的仿真和实验研究

第六章总结和展望

致谢

参考文献

附录一液晶显示原理图

附录二AccuSine PCS-50装置主接线图

附录三搭建的硬件实验平台

附录四TMS320LF2407高压板实验装置

附录五攻读硕士学位间发表的论文