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三相四线制APF控制策略研究与仿真

作　者: 张济凡
导　师: 王仲初
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 三相四线制 无源滤波器 抗积分饱和PID Bus-lvds
分类号: TM761.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在当今的电力系统中，由于电力电子装置和非线性负载的广泛使用，导致电网中无功功率和谐波含量日益增高，对电力系统的运行环境造成了极大的污染，严重影响了电能的质量，因此对电网污染的综合治理就显得日益重要。传统的无源电力滤波器的最大缺陷在于只能对某些特定次数的谐波进行补偿。而有源电力滤波器(APF)的出现弥补了无源电力滤波器的不足，它既能动态地治理谐波，又能对无功功率进行补偿，因此对有源电力滤波器的研究得到了广泛的重视。与传统的三相三线制系统不同，在三相四线制系统中，由于存在大量的零序电、负序电流，所以，如何能够更好的剔除零序电流和负序电流，就对传统的有源电力滤波器提出了更高的要求。本文主要研究的对象为三相四线制并联型有源电力滤波器，首先介绍了APF的工作原理、主电路结构，无源滤波器的原理、结构。本文所建立系统中的电流检测环节主要是采用基于瞬时无功功率理论的i p iq算法，将直流侧电压与计算出i p有功电流进行耦合，控制直流侧电压在一定范围内并减小波动，提高补偿效果，但由于传统的瞬时无功功率存在延迟性，在这里本文提出了超前校正环节来进行弥补，这是本文的一个重点研究方向；采用PWM三角波比较方式对指令电流和补偿电流进行跟踪控制，得到八路开关器件驱动信号，最后驱动设备产生补偿电流流入电网中。在通常的系统中，直流侧的电压控制策略普遍采用的是PI调节，但是有可能存在积分饱和现象，所以，本文中采用了抗积分饱和PID作为直流侧的控制策略。本文采用MATLAB2009b对系统模型进行了动态仿真研究，并对各部分的仿真结果进行了比较分析。比较了无PF和混合PF以后系统对谐波的抑制情况。分析了抗积分饱和PID控制策略的效果。最后，本文针对现在APF系统的数据传输量大的特点，提出了基于Bus-lvds总线和高速光纤的板卡通信策略。其中硬件电路部分采用DSP+FPGA的方式构成，DSP主要用于电流检测部分，而FPGA主要用于电网电压锁相和PWM波生成。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1. 绪论  9-17
  1.1 谐波问题  9-13
    1.1.1 谐波的危害及产生原因  9-12
    1.1.2 国内外谐波标准  12
    1.1.3 谐波抑制方法  12-13
  1.2 有源电力滤波器概述  13-15
    1.2.1 有源电力滤波器的发展史及现状  13-14
    1.2.2 APF 的分类  14-15
  1.3 本文主要内容概述  15-17
2. APF 工作原理介绍  17-23
  2.1 并联电力滤波器工作原理  17-18
  2.2 混合式有源滤波器介绍  18-20
  2.3 PF 谐振计算公式  20-23
    2.3.1 单调谐滤波器  20-21
    2.3.2 减幅滤波器  21-22
    2.3.3 双调谐滤波器  22-23
3. 谐波检测策略研究  23-35
  3.1 瞬时无功功率理论  23-32
    3.1.1 基于 p-q 变换方式的电流实时检测方法  24-25
    3.1.2 ip-iq 运算方法  25-26
    3.1.3 ip-iq 在三相四线制系统的应用  26-28
    3.1.4 对于瞬时无功功率理论的改进  28-32
  3.2 APF 电流跟踪控制  32-35
    3.2.1 三角波载波 PWM 控制法  32-33
    3.2.2 滞环控制法  33-35
4. 系统模型仿真  35-51
  4.1 APF 装置模型建立  35-39
    4.1.1 各模块模型  36-37
    4.1.2 系统几项关键参数  37-39
  4.2 系统仿真及波形分析  39-51
    4.2.1 抗积分饱和 PID 的控制效果  39-41
    4.2.2 电网畸变与谐波补偿效果对比  41-46
    4.2.3 电流检测模块与无功补偿  46-49
    4.2.4 三角波载波 PWM 生成器  49-51
5. 系统软、硬件设计  51-65
  5.1 锁相环的实现  52-56
    5.1.1 常用相位检测环分类介绍  52-53
    5.1.2 单相锁相环的模拟仿真  53-55
    5.1.3 单相锁相环的硬件实现  55-56
  5.2 APF 控制电路设计  56-59
    5.2.1 控制电路硬件实现  56-58
    5.2.2 控制电路程序设计  58-59
  5.3 板卡间的通信方式  59-65
6. 结论  65-67
  6.1 总结  65
  6.2 今后研究的方向  65-67
参考文献  67-69
致谢  69-70
作者简介  70-71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化 > 自动调整 > 电压与无功功率的自动调整 > 电压及无功功率自动调整的试验及模拟
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