一种实用并联型混合有源电力滤波器的研究

摘要

随着经济的快速发展、科技的不断创新,越来越多的电力电子装置投入使用,随之而来的是日趋严重的谐波污染问题。有源滤波作为谐波治理的关键技术在我国也已经得到开展,但是有源电力滤波器(APF)的初期投资比较高,对变流器容量的要求也很大,从而限制了其进一步应用与发展。将有源滤波器与无源滤波器相结合所构成的混合有源滤波器(HAPF),可有效地降低有源滤波器的容量,更有利于工程应用。这也正是本文研究混合型有源滤波器的目的所在。
　　 本文以APF和PF的特性为基础,对HAPF的建模、参数设计以及电网谐波检测、系统控制策略等关键技术进行了详细的分析与研究,为HAPF系统装置的实现提供了理论基础和依据。
　　 文章首先介绍了几种常见HAPF的结构特点和工作原理。重点分析了一种结构简单、实用性较强的拓扑,提出了其中无源部分和有源部分器件参数选取的方法,并介绍开关管关断尖峰电压的抑制措施。
　　 其次对基于瞬时无功功率的两种谐波检测方法进行了详细分析,突出讨论了ip-iq方法在三相不对称负载中的应用问题。
　　 文中的重点是对HAPF的控制策略的研究。在电压源控制策略下对前馈控制和反馈控制方式进行系统的分析和对比。仿真研究了控制参数K在反馈控制方式下对滤波性能的影响,并对其做了稳定性分析。为了实现HAPF的电流无稳态误差跟踪控制,本文将广义积分控制器引入电流补偿控制环节中,并通过仿真对比,验证了在跟踪变化的周期信号时,它的稳态精度与动态响应速度都比传统的PI控制器具有优势。
　　 最后构建了样机设计方案。在以TI公司TMS320F2406 DSP为核心的数字控制器的基础上,对样机的硬件和软件设计进行分析,实验结果表明了控制器设计的正确性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1 课题的背景

1.1.1 谐波的产生

1.1.2 谐波的危害及其治理

1.2 混合有源电力滤波器技术研究

1.2.1 有源电力滤波器的现状和发展

1.2.2 混合有源电力滤波器的研究意义

1.3 本文的主要内容

第二章 混合型有源电力滤波器的结构和参数设计

2.1 几种混合有源电力滤波器的比较

2.1.1 并联APF和并联PF混合型

2.1.2 注入式混合型

2.1.3 APF和PF串联后并入电网混合型

2.1.4 无耦合变压器混合型

2.2 主电路各部分设计

2.2.1 无源滤波器的设计

2.2.2 有源滤波器的设计

2.3 本章小结

第三章 混合型有源滤波器的谐波检测和控制方法

3.1 谐波检测方法的研究

3.1.1 瞬时无功功率理论

3.1.2 基于三相瞬时无功理论的谐波检测方法

3.2 谐波电流补偿控制方法的研究

3.2.1 两种常见的电流补偿控制技术

3.2.2 广义积分迭代控制技术

3.3 直流侧电容的稳压控制

3.4 本章小结

第四章 混合型有源滤波器控制策略的研究

4.1 电压源控制策略的研究

4.1.1 电压源反馈控制方式

4.1.2 电压源前馈控制方式

4.2 电压源控制策略在闭环控制方式下稳定性的分析

4.2.1 延时环节和惯性环节

4.2.2 系统稳定性分析

4.2.3 影响系统稳定性的两个因素

4.2.4 系统稳定性的仿真分析

4.2.5 广义积分在HAPF中的运用研究

4.3 本章小结

第五章 基于DSP的并联混合型有源滤波器的样机实现

5.1 并联混合型有源滤波器的系统结构

5.2 基于DSP的数字化控制器

5.3 控制系统的硬件设计

5.3.1 控制系统辅助电源设计

5.3.2 驱动电路设计

5.3.3 采样调理电路设计

5.3.4 IO接口电路设计

5.3.5 硬件保护电路设计

5.4 控制系统的软件设计

5.4.1 主程序设计

5.4.2 定时器中断程序设计

5.4.3 CAP中断程序设计

5.4.4 AD中断程序设计

5.4.5 指令电流计算与发波控制程序设计

5.5 实验结果及分析

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文