一种用于电力系统谐波抑制的APF装置研究

摘要

电力系统中谐波对电网系统和电力使用用户带来的危害非常大，随着对电力系统质量要求的提高，对电网系统的电力谐波的检测与抑制的深入研究与应用已经变得非常迫切。
　　随着国内国外电力系统专家对该现象的研究与实际工程应用，已经取得了相当的成果。本文正是在这一背景下，对电力系统的谐波的分析、检测、抑制进行了深入的剖析与研究。
　　本论文在对电力系统谐波的定义、产生、以及谐波的危害与限制标准等多方面进行了理论分析，指出了对电力系统谐波检测与抑制的重要性与迫切性；对电网系统谐波的检测方法进行了分析，并从理论上推导了Fourier傅里叶变换在谐波分析中的应用；并从理论上推导了频谱泄露产生的原因并深入分析了消除频谱泄露现象的方法以及各方法的特点。
　　本论文在对有源电力滤波器进行设计之前，先对有源电力滤波器的原理、结构，以及各接入方式的特点、应用场合等多方面进行了深入分析，并结合分析结果进行了本论文所设计的有源电力滤波器的结构、接入方式、跟踪补偿类型等总方案设计。
　　本论文的有源电力滤波器结构采用并联型电路结构；电路采用电流型；控制方式采用定时控制的瞬时值比较方式电流跟踪控制方法；其主控芯片选用TMS320F2812型DSP芯片；在硬件电路设计中，完成了总体主电路形式设计、DSP主控芯片的外围电路设计以及其他有源电力滤波器系统各模块的电路设计。
　　在完成硬件系统后，本论文结合总体方案的控制思路、检测数据处理算法进行了软件系统设计；对各模块进行了软件子系统分析与设计。
　　在上述基础上，通过对系统的软件、硬件和整机的分析，从系统的调试方法、调试步骤等方面详细地给出了系统调试的具体实施方法和步骤；同时，本论文在Simulink仿真平台中构建了该系统的仿真分析模型，并结合本论文中对APF装置设计的各参数对相应模块进行了设置；通过对其进行仿真计算，得出了APF系统在基频（50Hz）和变频（47Hz～53Hz）下，系统的电流、电压信号在有无补偿情况下的波形响应，同时进一步得出系统在有无补偿情况下的电压和电流谐波含量图。通过仿真结果表明：本论文所设计的APF系统谐波抑制效果明显。
　　本论文通过对有源电力滤波器研究及应用设计，探讨了电力系统谐波检测中大运算量的、高实时性要求的技术难题，深入研究了谐波检测的理论依据和实现方法，并开发了一种高速度、高精度的谐波检测与抑制系统，寻求了一种在DSP主控芯片下实现谐波检测与抑制的新方法，为谐波检测与抑制的工程实际应用提供了重要理论依据和设计参考。

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第1章 绪 论

1.1 电力系统谐波研究意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文主要研究内容

第2章 电力系统谐波分析理论基础

2.1谐波的定义

2.2谐波的产生与危害

2.3谐波检测方法及相关标准简述

2.4 Fourier傅里叶谐波检测方法研究

2.5傅里叶变换在谐波抑制方面的应用

2.6 本章总结

第3章 有源电力滤波器简述

3.1有源电力滤波器—APF工作原理

3.2 有源电力滤波器系统构成方式

3.3 本章小结

第4章 基于DSP谐波抑制系统硬件设计

4.1系统的性能指标

4.2系统的硬件总体方案设计

4.3 谐波抑制系统主电路确定

4.4 DSP控制中心及外围电路设计

4.5 信号采集系统的接口电路设计

4.6 互感器选型及信号调理电路设计

4.7 同步信号采集电路设计

4.8 智能功率模块IPM及外围电路设计

4.9 本章小结

第5章 谐波抑制系统软件设计及系统调试

5.1 系统DSP主程序描述及程序框图

5.2信息采样及A/D转换子程序

5.3 FIR数字滤波子程序

5.4 FFT变换子程序

5.5 本章小结

第6章 系统仿真分析及调试

6.1 系统调试

6.2 系统仿真分析

6.3 本章小结

结论

展望

参考文献

致谢