并联型有源滤波器谐波检测与控制技术研究

摘要

随着电气化程度不断提高，电能质量问题日益引起人们关注，其中由于各种电力电子装置广泛应用于各行各业造成的谐波污染问题尤为突出。有源滤波器以其高度可控性、快速响应性、不受系统参数影响等优点，在抑制谐波和补偿无功中占有重要地位，成为国内外研究热点。
　　并联型有源滤波器的基本原理是向电网注入补偿电流，使电网电流成为理想的正弦波，主要性能指标为动态响应速度和稳态补偿精度。为了优化有源滤波器的补偿效果，本文对有源滤波器的谐波检测和控制技术展开研究。
　　首先建立了三相三线制并联型APF在同步旋转坐标系下的数学模型，并设计了三相数字锁相环，为谐波检测和电流控制奠定基础。其次分析了基于瞬时功率理论的谐波检测方法和离散傅里叶变换检测方法。利用广义积分器能够无稳态误差地跟踪正弦信号的基本原理，设计了多组广义积分控制器并联，从而可以检测出50次内的任意次谐波。常规的PI控制只能实现直流信号的无差跟踪，而APF的参考信号是不同频率周期信号的叠加，因此采用PI-重复控制的复合控制方法，完成了复合控制系统的参数设计，仿真和实验证明了有效性。
　　结合作者参与的科研项目:大功率三相三线制并联型有源滤波器的研制，根据装置需求，研究了整体数字控制系统的实现。完成了数字控制系统的硬件设计和软件设计，包括DSP核心控制板的设计、外围电路的设计以及软件编程设计。基于虚拟仪器LabWindows/CVI开发平台，利用工控机实现人机交互界面。上位机采用CAN通信方式与DSP传输数据，能够实时监测系统的运行状态，具有设置控制参数、查询故障等功能，协助DSP控制系统。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 电力系统的谐波问题

1．2．1 谐波的产生与危害

1．2．2 解决谐波问题的方法

1．3 有源滤波器的应用

1．3．1 有源滤波器的发展历史

1．3．2 有源滤波器的分类

1．3．3 谐波检测方法

1．3．4 电流控制策略

1．4 本文研究的主要内容

2 并联型APF的数学模型及锁相环设计

2．1 三相三线制并联型APF的数学建模

2．1．1 三相静止abc坐标系模型

2．1．2 两相同步旋转dq坐标系模型

2．2 三相数字锁相环

2．2．1 三相数字锁相环的基本原理

2．2．2 三相数字锁相环的控制器设计

2．3 本章小结

3 并联型APF的谐波检测技术

3．1 谐波电流检测方法

3．1．1 基于瞬时功率理论的检测法

3．1．2 离散傅里叶变换检测法

3．2 基于广义积分的选择性谐波检测方法

3．2．1 广义积分控制的基本原理

3．2．2 广义积分控制器设计

3．3 仿真及实验结果

3．4 本章小结

4 并联型APF的关键控制技术

4．1 电流跟踪控制

4．1．1 PI控制器参数设计

4．1．2 重复控制器参数设计

4．2 直流侧电压控制

4．3 仿真及实验结果

4．3 本章小结

5 并联型APF的数字控制系统设计

5．1 控制系统整体方案设计

5．2 DSP控制系统设计

5．2．1 硬件电路设计

5．2．2 软件编程设计

5．3 上位机人机交互界面设计

5．3．1 CAN通信设计

5．3．2 界面显示设计

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文研究总结

6．2 未来工作展望

参考文献

附录1 装置图片

附录2 硕士在读期间论文发表情况

致谢