适于舰船谐波抑制与无功补偿的有源滤波器研制

摘要

电力电子技术的飞速发展显著增强了舰船的生命力和战斗力。与此同时，电力电子装置的广泛使用向舰船电力系统注入了大量的谐波与无功电流，严重影响了舰船电力系统的供电质量，极大地威胁了系统的安全性、稳定性与可靠性。通过分析舰船具体的工况和环境特点，采用并联型有源滤波器(Active Power Filter，APF)对舰船电力系统进行了动态谐波抑制与无功补偿。 本文描述了舰船电力系统的谐波与无功电流产生的原因，分析了采用并联型APF进行谐波抑制与无功补偿的可行性。介绍了并联型APF的基本原理，建立了三相三线制并联型APF的一般数学模型。讨论了并联型APF一种常用的谐波与无功电流检测算法——基于瞬时无功功率的ip-iq法，引入单同步坐标系软件锁相环(Single Synchronous ReferenceFrame-Software Phase-Locked Loop，SSRF-SPLL)和双同步坐标系的解耦软件锁相环(Decoupled Double Synchronous Reference Frame-Software Phase-Locked Loop,DDSRF-SPLL)对传统ip-iq法中的锁相环进行改进。在理论分析的基础上，利用Matlab/Simulink平台对SSRF-SPLL和DDSRF-SPLL进行建模与仿真分析，在理想电压、电压畸变、频率变化、电压不平衡时，验证两种锁相环的相位跟踪性能。同时，对基于这两种软件锁相环的ip-iq法进行仿真分析，验证其检测性能。设计了一种基于电压前馈加P控制器的空间电压矢量脉宽调制(Space Vector Pusle Width Modulaton，SVPWM)电流跟踪控制策略。在对称负载、负载突变、负载不对称情况下进行仿真实验，结果表明设计的电流跟踪控制策略具有较好的跟踪性能。 设计并制作了一台基于DSP28335的三相三线制并联型APF样机，分别在对称负载、负载突变、负载不对称情况下进行实验，验证了基于DDSRF-SPLL的ip-iq检测算法的准确性以及基于电压前馈加P控制器的SVPWM电流跟踪控制策略的有效性，设计的APF谐波抑制与无功补偿效果较为理想。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 舰船谐波抑制与无功补偿研究现状

1．2．2 有源滤波器研究现状

1．3 并联APF的提出

1．3．1 舰船谐波与无功产生的原因

1．3．2 并联型APF的提出

1．4 本文研究的主要内容和章节安排

第2章 并联型APF的检测与控制算法研究

2．1 并联型APF的基本原理

2．1．1 并联型APF的基本原理

2．1．2 并联型APF的一般数学模型

2．2 基于瞬时无功功率的谐波与无功电流检测算法

2．2．1 三相电路瞬时无功功率理论

2．2．2 基于瞬时无功功率的ip-iq检测算法

2．2．3 基于双同步坐标系的解耦软件锁相环

2．2．4 低通滤波器设计

2．2．5 直流电压控制

2．3 电流跟踪控制策略

2．3．1 滞环比较控制

2．3．2 三角波控制

2．3．3 基于电压前馈加P控制器的SVPWM控制

2．4 本章小结

第3章 并联型APF的仿真分析

3．1 仿真软件简介

3．2 谐波与无功电流检测算法仿真分析

3．3 不同负载情况下的APF系统仿真分析

3．3．1 三相负载对称情况下的APF仿真

3．3．2 三相负载突变情况下的APF仿真

3．3．3 三相负载不对称情况下的APF仿真

3．4 本章小结

第4章 并联型APF样机系统的软硬件实现

4．1 主电路设计

4．1．1 进线电感设计

4．1．2 直流电压设计

4．1．3 直流侧电容设计

4．2 控制系统硬件设计

4．2．1 主控制单元

4．2．2 供电电源单元

4．2．3 采样调制单元

4．2．4 驱动与隔离保护单元

4．2．5 温度检测单元

4．3 控制系统软件设计

4．4 本章小结

第5章 样机实验与分析

5．1 三相负载对称情况下的样机实验

5．2 三相负载突变情况下的样机实验

5．3 三相负载不对称情况下的样机实验

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

附录1

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果