并联型有源电力滤波器若干关键技术研究

摘要

随着电力电子器件不断使用，非线性负载的增多，电网中的谐波已经引起了人们越来越多的重视，有源电力滤波器作为电能质量治理的典型装置，以其优越的动稳态性能，得到了广泛应用，因此，本文以并联型三相四线制并联型有源电力滤波器为研究对象，重点对其中涉及到的三相电网同步技术，控制算法的FPGA优化运算以及多模块有源电力滤波器并联均流通信以及上位机进行了研究和设计。
　　本文首先从传统锁相环的原理结构出发，分析了其存在的问题，同时对基于双复系数滤波器解耦的锁相环提出改进措施;针对改进型双复系数滤波器的锁相环进行了详细的分析与建模，并对其动态性能进行了分析，通过零极点对消法设置了环路滤波器的参数，最后通过FPGA来实现了锁相环的算法，仿真与实验结果验证了该算法的有效性。
　　为了加快控制算法的运算速度，提高系统的精度和性能，本文采用了具有并行高运算速率特点的FPGA芯片来实现控制算法。针对适用于APF的滑窗迭代DFT算法进行了研究，对比了其与FFT的优缺点，并对其稳定性提出了一种基于交错并行的定周期清零方法;同时针对适用于APF的SPWM调制算法进行了概述，在FPGA平台上分别对提到的算法进行了仿真与实验验证，结果验证了其实现的正确性和有效性。
　　最后，针对多模块并联的均流通信环节进行了设计，分析了均流系数分配以及输出均流算法的基本原理。对CAN总线的均流实现进行了详细的说明，提出了一种基于CAN总线的自主竞争主从机制。设计了多模块的人机界面显示，采用了基于Modbus协议的RS485总线通信机制，最后用实验验证了CAN总线均流以及RS485通信的有效性和正确性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．引言

1．2．公共电网谐波问题

1．2．1．谐波的产生与危害

1．2．2．谐波标准与治理技术

1．3．有源电力滤波器的发展概述

1．3．1．有源电力滤波器的研究现状

1．3．2．有源电力滤波器的分类

1．4．并联型有源电力滤波器关键技术

1．4．1．三相电网数字同步技术

1．4．2．基于FPGA的控制算法设计

1．4．3．多模块APF并联运行控制策略

1．5．本文主要研究内容

第二章 三相电网数字锁相环设计

2．1．传统锁相环存在的问题

2．2．基于双复系数滤波器交叉解耦的改进型锁相环

2．2．1．改进型DCCF-PLL锁相环建模分析

2．2．2．DCCF结构的动态分析

2．2．3．基于PID型的环路滤波器设计

2．2．4．FPGA数字实现

2．3．MATLAB仿真和实验结果分析

2．4．本章小结

第三章 基于FPGA的电流检测与PWM算法设计

3．1．滑窗DFT谐波电流检测笄法

3．1．1．DFT与FFT算法比较

3．1．2．滑窗DFT的两种形式对比

3．1．3．滑窗迭代DFT的稳定性

3．1．4．基于FPGA的电流检测算法的实验验证

3．2．双载波层叠SPWM调制算法

3．2．2．基于FPGA实现双载波层叠SPWM

3．2．3．时序仿真与SPWM实验验证

3．3．APF实验结果验证

3．4．本章小结

第四章 多模块APF并联均流控制及通讯实现

4．1．多模块系统均流控制策略

4．1．1．均流系数分配

4．1．2．基于平均值调节的均流策略

4．2．基于CAN总线的均流实现

4．2．1．CAN总线及协议简介

4．2．2．并联均流系统设计

4．2．3．实验结果与分析

4．3．基于Modbus协议的人机界面设计

4．3．1．通讯接口与协议

4．3．2．人机界面设计

4．4．本章小结

第五章 总结与展望

5．1．工作总结

5．2．课题展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文