基于DSP控制的并联型有源电力滤波器的研究

合肥工业大学硕士学位论文基于DSP控制的并联型有源电力滤波器的研究姓名：王英申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：张国荣20090401基于DSP控制的并联型有源电力滤波器的研究作者：王英学位授予单位：合肥工业大学相似文献(10条)1.学位论文吕振林有源电力滤波器中的谐波检测2007现代化的生产和生活，对供电质量的要求不断提高。同时，随着电力电子设备的应用越来越广泛，有大量的谐波流入了电力系统中，谐波对供电质量的影响也越发突出，甚至会对供电安全产生影响。近年来，谐波问题已经引起了广泛的重视，关于谐波的危害在各种刊物及学术会议上不断的被提及，谐波治理成为了一个学术热点。相关国际组织以及许多国家都制定了谐波抑制的标准，谐波抑制的方法也不断研究产生，有一些谐波治理设备已经被应用于实践。但是，每种谐波治理的方法又都存在着局限性。有源电力滤波器因为其自身的独特优势，得到了广大学者的重视。有源电力滤波器根据其接入电网的方式以及逆变器直流侧储能元件的不同被分为多种类型，但是有源滤波器的基本原理是一致的，都是由谐波检测部分检测出系统中的谐波，然后产生与谐波电流幅度相同相位相反的电流进行补偿。所以，有源电力滤波器都是由谐波检测电路、控制电路、主电路三部分组成。其中，实时的进行谐波检测是对系统补偿的前提，并且有源电力滤波器对谐波检测的实时性要求非常高。通过分析发现，谐波治理的问题可以归结为信号处理的范畴。近年来，信号处理的理论尤其是数字信号处理理论得到了飞速的发展，卡尔曼滤波、自适应滤波、神经网络、小波等理论在各个领域中都有很好的应用，这些方法也被学者应用于谐波检测中。本文对现有的谐波检测方法进行了详细的分析，通过分析发现这些方法各有特点。同时也发现，自适应谐波检测方法具有较好的抗噪性与鲁棒性，并且计算量较小，因此得到了广泛的重视。但是，自适应谐波检测其瞬态响应速度与权值近似的可以认为是成正比，但是检测精度与权值成反比，所以造成了检测精度与瞬态响应速度的矛盾。本文从自适应滤波的理论入手，分析了权值与瞬态响应速度的关系，推导出了一种改进的谐波检测方法，这种方法能够在半个基波周期内完成对谐波的检测，并且检测精度不受影响，最后用Matlab验证了其有效性。本文最后对今后的工作做了展望。2.期刊论文丁海波.李含善.任永峰.赵卫东.DINGHai-bo.LIHan-shan.RENYong-feng.ZHAOWei-dong并联型有源电力滤波器谐波检测的DSP实现-电力科学与工程2006,(2)基于三相瞬时无功功率理论的ip,iq谐波检测方法,利用TMS320LF2407ADSP完成了对负载谐波电流的检测.首先对该谐波检测方法进行了理论分析,然后对数字低通滤波器的设计和实现进行了对比研究,并应用了一种改进的易于在DSP上实现的动态循环缓存的平均值滤波器.最后实验结果表明,这种谐波检测方法具有较好的实时性和准确性,能够满足并联型有源滤波器对谐波检测的要求.3.学位论文刘春花并联混合型有源电力滤波器拓扑结构及其谐波检测2005治理谐波污染的传统的方法是设置LC无源滤波器(PowerFilter，简写为PF)且已得到广泛的应用。但是这种无源滤波装置的补偿性能较差，难以对变化的谐波产生补偿作用。随着近年来GTO晶闸管、BJT和IGBT为代表的全控型器件的发展，采用电力电子技术的各种有源电力滤波器(ActivePowerFilter,简写为APF)得到了飞速发展。采用有源电力滤波器治理谐波比无源滤波器有更优越的补偿性。有源电力滤波器的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，消除了在滤波器和电网阻抗之间产生谐振的危险，具有高度可控制和快速响应特性，并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，其特性不受系统影响，无谐波放大危险，相对体积重量较小、滤波性能优异而费用相对较低等突出优点，因而已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。本文对有源电力滤波器的拓扑结构进行了详细地研究。根据APF与电网连接方式可分为串联型APF和并联型APF。又因为这两种控制方式各有优缺点。目前开发并大量试用让APF与PF混合使用。其控制策略分为串联混合型APF和并联混合型APF；还有APF与APF混合使用方式。本文重点介绍APF的基本原理和拓扑结构，并且详细讨论了并联混合型APF的拓扑结构并进行滤波原理分析。借用参考文献的系统参数用MATLAB进行仿真，实验结果表明用混合型有源电力滤波器装置对电网进行补偿，谐波畸变量大大降低，与用无源滤波器装置进行滤波比较，有源滤波性能和补偿特性远远高于无源滤波器，说明有源滤波技术发展前景广阔，是维护“绿色”电网、提高电能质量、真正实现电网安全稳定和优质经济运行的一种有效手段。最后对国内外现有的谐波实时检测方法进行研究，着重介绍了快速傅里叶变换法(FFT)和瞬时无功功率法(ip-iq法)检测原理以及各自的优缺点。对电网中谐波合理地选择检测方法和实时跟踪手段，将随着信息技术、控制技术和电力电子技术的发展，为电能质量控制发挥非常重要的作用。4.期刊论文曾菊容.杨小雪.ZENGJurong.YANGXiaoxue用于谐波检测中的数字低通滤波器的设计-现代电子技术2008,31(3)有源电力滤波器谐波检测中数字低通滤波器的设字低通滤波器的硬件实现方案,并按照层次化、模块化、参数化的设计思路,采用VHDL硬件描述语言进行了硬件设计,并进行了仿真验证,为有源电力滤波器谐波检测中低通滤波器设计提供了参考.5.学位论文王耀宇有源电力滤波器中的谐波检测理论及方法研究2009现代化的生产和生活，对电能质量的要求也越来越高。并且，随着电力电子设备在现代化电力系统中广泛的使用，使得大量的谐波电流注入进电力系统。这样的电力污染对电力系统的安全运行以及电力用户的电能使用产生极大的危害。因此，世界各国都对谐波问题予以充分的关注。很多国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。近年来，由于新的理论方法的提出和新的材料的出现以及电力电子技术的发展使得谐波治理研究有了进一步的发展。但是，每种谐波治理的方法又都存在着局限性。有源电力滤波器因为其自身的独特优势，得到广大学者的重视。论文首先介绍电力谐波的相关概念、产生机理、影响，谐波抑制及有源电力滤波器的研究现状，较详细的论述了APF的原理、各部分组成，并对APF的性能进行了分类比较。详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法，并利用MATLAB仿真软件建立谐波电流检测的仿真电路，研究了低通滤波器对谐波电流检测效果的影响。通过结果发现，低通滤波器的阶数、截止频率和类型都对谐波检测电路的动态响应过程和检测精度都有明显的影响。本文提出一种基于神经网络理论的谐波电流检测方法。该方法较传统基于瞬时无功功率理论谐波检测电路在检测精度和动态响应都有明显的提高，并用Matlab验证了方法的有效性。最后对今后的工作做了展望。6.期刊论文邝乃兴.钱照明.童立青.宋延涛.彭方正.KUANGNaixing.QIANZhaoming.TONGLiqing.SONGYantao.PENGFangzheng一种高性能的谐波检测数字低通滤波器-电力系统自动化2006,30(20)谐波检测的准确性和实时性是影响有源电力滤波器的重要因素.文中采用指数平均低通滤波器,并利用级联技术,解决了数字信号处理器有限字长与谐波提取的准确性和实时性之间的矛盾.将其用于串联混合型有源电力滤波器中,实现了高性能的谐波检测.实验结果证明了所提出的理论的正确性.7.学位论文李鹏电流平均值谐波检测法DSP实现及其有源电力滤波器实验研究2004该论文首先对国内外谐波抑制技术发展现状、有源电力滤波器原理与结构及三相瞬时无功功率理论进行了综述.重点研究了基于瞬时无功功率理论i,p-i,q检测法及改进的电流移动平均值谐波检测法.在对电流移动平均值原理进行分析的基础上,给出了电流平均值谐波检测方案及实现检测的原理框图.接着以MATLAB6.1软件包中的SIMULINK仿真环境为平台,构建了平均值谐波检测法的仿真模型;对电流平均值谐波检测方案进行了仿真研究,并与基于滤波器的i,p-i,q谐波检测法的仿真结果进行了分析对比.结果表明,所采用的仿真方法与所构建的仿真模型不仅有效,而且证实了平均值谐波检测法比滤波器法有良好的动态响应性能.在仿真基础上,提出了基于LF2407ADSP芯片电流平均值谐波检测法的数字实现方案,进而开发了三相并联型数字有源电力滤波器实验系统.进行了软、硬件设计.搭建的硬件电路包括:过零同步检测、电流和电压检测、PWM输出等几部分.采用模块化设计思路,用DSP汇编语言编写了系统软件,其中包括:ADC及中断处理、捕获及捕获中断处理、三相到两相电流转换、平均值法谐波计算、两相到三相变换、PI调节、PWM输出控制及主程序等模块,并在CC'C2000软件开发系统下进行了调试.为实现电流同步采样处理,根据LF2407A事件管理器捕获单元特点,提出一种用软件实现锁相环的控制方法.最后对有源电力滤波器进行了系统调试.实验结果表明,采用电流平均值谐波检测法结合软件锁相环控制方法能有效、准确的检测谐波,用该检测法开发的DSP有源电力滤波器实验系统,能够有效消除由非线性负载产生的谐波.8.学位论文甘元兴数字式有源电力滤波器谐波检测和控制方法研究2005随着谐波问题的日益严重，采用有源电力滤波器补偿谐波是一个重要的发展趋势。模拟控制是有源电力滤波器的传统控制方式，控制的灵活性不高，修改不方便，精度不高。随着目前DSP技术的飞速发展，性价比越来越高，数字化控制有取代传统模拟控制的趋势。因而本文就DSP用于APF的检测和控制进行了研究。首先，本文对目前应用非常广泛的基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法进行了分析和探讨，总结了这种方法目前最新的改进方法，分析了它的不足和存在的问题，在此基础上，结合DSP的实际特点，综合运用平均功率理论和能量平衡理论，从APF控制的根本目的出发，提出了适合于DSP数字运行的谐波检测方法。推导出了其在单相电路、三相三线制电路和三相四线制电路中的控制方程。该方法具有直观简单，通用性强的优点，最后的补偿效果受检测延迟的影响小，几乎不受电压波形畸变的影响，可以按照需要对无功功率进行补偿。其次，根据推导出的谐波检测方法，充分利用TMS320LF2407型DSP器件的优势，灵活运用DSP中断功能，采用APF的全数字化控制方式，用C语言和汇编语言混合开发出了DSP的源程序，该源程序能灵活根据可调的采样点数自建正弦函数表，同时实现了AD采样、指令电流计算、电压过零点捕获、跟踪电压频率和相位、PWM波形输出、PWM波形死区生成、D/A转换等多种功能。该源程序通过了实验电路板的调试，其功能均能在实验电路板上实现。根据DSP检测控制的需要，设计了检测信号提升放大电路以满足DSP的AD信号检测要求、自行设计了信号源用于AD实验。设计了方波发生电路用于电压过零点捕获。为方便该DSP与其他的PWM发生电路一起运用，设计了精度较高的D/A转换电路。这些电路的功能均通过实验得到了验证。9.期刊论文刘翔宇.杨仁刚.王文成.LIUXiang-yu.YANGRen-gang.WANGWen-cheng基于Ip-Iq法谐波检测中数字低通滤波器的设计及其DSP实现-电力自动化设备2006,26(8)针对基于Ip-Iq法的谐波检测在有源电力滤波器的应用,利用Matlab仿真软件建立仿真模型,分析低通滤波器的选择、设计及其对谐波检测的影响可知,不同类型的低通滤波器,以及滤波器的阶数、截止频率对谐波检测的动态过程和精度都有一定影响.综合考虑谐波检测的要求,选用契比雪夫低通滤波器进行仿真,结果表明:该滤波器阶数越高响应速度越快,但在通带内存在高次谐波;阶数越低响应速度越慢,但通带响应较好.在仿真的基础上