学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于FPGA的有源电力滤波器设计

作　者: 陈忠平
导　师: 童子权
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电能质量有源电力滤波器瞬时无功功率 FPGA
分类号: TN713.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 15次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

电能作为现代社会中使用最广泛的能源，其质量的好坏将直接影响社会生产和人民生活。由于各种非线性的电力电子设备的广泛使用，对电网造成了严重的谐波污染。同时，随着现代数字技术的不断发展，使得用电设备在使用过程中对电网的干扰和异常更加敏感。一方面是电力系统中的谐波污染随着非线性负载的数量和容量增加而日趋严重，另一方面是用电方对电能质量的要求也日益提高，因此对能够有效改善电网电能质量的有源电力滤波器的研制就显得十分重要。本文设计了一种基于FPGA+Cortex-M3的有源电力滤波器的控制系统。首先对有源电力滤波器的拓扑结构、谐波电流检测算法和补偿控制方式分别进行了介绍，然后根据实际情况及实用性等方面考虑，确定了以瞬时无功功率算法和三角波电流控制方式为理论基础的并联型有源电力滤波器的设计方案。为了保证系统能够快速跟踪补偿电网中的谐波电流，本设计将瞬时无功功率算法与三角波补偿控制方法在FPGA上予以实现，主要包含AD控制接口、Clark变换、数字低通滤波器、正余弦函数、Clark反变换和三角波等模块。在系统设计过程中，利用了PSIM电力仿真软件建立了并联型有源电力滤波器的模型，包括主电路的搭建和瞬时无功功率算法的实现，并通过对模型的仿真，确定了有源电力滤波器主电路参数及其取值对补偿效果的影响，同时验证了算法的可行性。另外，一些拓展功能，包括故障记录、按键显示、串口通信和以太网通信等，则在以Cortex-M3为核心的处理器上实现。本文所设计的有源电力滤波器，对于实现快速准确的对电网中的谐波电流进行跟踪与补偿，取得了良好的仿真实验效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题研究的背景  10
  1.2 课题研究的目的和意义  10-12
  1.3 有源电力滤波器国内外发展状况及趋势  12-14
    1.3.1 有源电力滤波器国外发展状况  12-13
    1.3.2 有源电力滤波器国内发展状况  13
    1.3.3 有源电力滤波器发展趋势  13-14
  1.4 本文研究内容  14
  1.5 系统技术指标  14-15
第2章有源电力滤波器理论基础  15-22
  2.1 有源电力滤波器的拓扑结构  15-16
  2.2 谐波电流检测方法  16-20
  2.3 谐波电流补偿控制方法  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章系统硬件电路设计  22-39
  3.1 系统硬件总体结构设计  22-23
  3.2 APF主电路设计及系统仿真  23-30
    3.2.1 主电路容量确定  23
    3.2.2 直流侧电压及电容确定  23-24
    3.2.3 交流侧电感及高频滤波电容选择  24-25
    3.2.4 系统及补偿效果仿真  25-30
    3.2.5 功率器件选择  30
  3.3 控制芯片选择  30-31
  3.4 功率器件驱动及保护电路设计  31-32
  3.5 信号调理及模数转换电路设计  32-34
  3.6 数据通信模块电路设计  34-36
    3.6.1 RS485 串行数据通信  34-35
    3.6.2 以太网数据通信  35-36
  3.7 按键显示电路设计  36-37
  3.8 电源模块电路设计  37-38
  3.9 本章小结  38-39
第4章系统软件设计  39-53
  4.1 系统整体工作流程  39-40
  4.2 FPGA控制部分程序设计  40-48
    4.2.1 AD 驱动及数字接口  41-43
    4.2.2 电流坐标变换算法实现  43-44
    4.2.3 数字低通滤波器设计  44-46
    4.2.4 数字三角载波程序设计  46-48
  4.3 STM32 控制部分程序设计  48-52
    4.3.1 电参量计算程序设计  48-49
    4.3.2 以太网驱动程序及TCP/IP 协议移植  49-52
  4.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  57-58
致谢  58

基于FPGA的有源电力滤波器设计

内容摘要

全文目录

相似论文