有源滤波器的研究与开发课件.ppt

有源滤波器的研究与开发 漆星 1.概述 1.1研究目的和意义 近半个世纪以来，随着电力电子设备的推广应用，非线性负荷的迅速增加，电力系统谐波污染问题日趋严重。 减小谐波影响可以从两方面入手： 一是从谐波源出发，减少谐波的产生； 二是安装滤波装置。 常见的滤波器包括: 无源滤波器（PF）； 有源滤波器（APF）； 混合滤波器。 有源滤波器（Active Power Filter，APF） 是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。目前，APF已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用，有工业装置投入运行；国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。 有源滤波器的特点如下： （1）具有自适应功能，实现了动态补偿； （2）可同时对谐波和无功功率进行补偿； （3）受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振； （4）不存在过载问题，当负载谐波电流较大时，仍能继续运行。 有源滤波器的组成部分 1，谐波检测 2，控制器 3，主电路 2.1谐波检测环节 谐波检测是有源电力滤波器的重要环节，其给出了有源电力滤波器需要补偿谐波的参考值，谐波检测环节的结构如图. 2.2控制器 有源电力滤波器的控制系统主要有： 模拟控制系统； 数字模拟混合控制系统； 数字控制系统。 基于DSP的有源电力滤波器的控制系统 2.3主电路 2.3.1 三相三线制结构 2.3.2 三相四线制结构 3. 谐波检测方法 有源电力滤波器的工作性能很大程度上取决于对电网中谐波和无功电流的实时、高精度检测。 这种检测一般不需要分解出各次谐波分量，而只需检测出除基波有功电流之外总的畸变电流，从而最终对谐波实现快速补偿。 3.1 谐波检测方法概述 (1)傅立叶级数法 (2)乘正弦信号法 (3)瞬时无功功率法 (4)同步测定法 (5)基于人工神经网络的检测方法 (6)基于小波变换法的检测方法 (7)基于自适应预测技术的检测方法 3.2 基于瞬时无功理论的谐波检测方法 瞬时无功功率法现包括d-q法、p-q法以及ip-iq法。 其中p-q法适用于电网电压对称且无畸变情况下谐波电流的检测； d-q法可在电网电压不对称、畸变情况下检测出谐波电流，其优点是当电网电压对称且无畸变时，各电流分量的检测电路比较简单,但畸变时实现较复杂。 ip-iq法在电网电压畸变和不对称时都适用； 基于瞬时无功功率理论的 算法 基于瞬时无功理论，用锁相环得到电源电压频率 ，用正余弦发生电路得到与电源电压同相位的正余弦信号，组成矩阵C参与运算。在中间起过渡作用的不再是瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，而是瞬时有功电流 和瞬时无功电流 ，如下式: 其逆变换为： 瞬时有功电流和瞬时无功电流可分解为直流分量和交流分量，如下式： 瞬时有功电流和瞬时无功电流经过低通滤波后，得到直流分量，通过式可得到负载电流的基波分量，计算公式如下： 同理，负载电流的基波分量被检测出后，用负载电流减掉基波分量后得到的就是所有谐波电流之和，这个值可以作为有源滤波器中逆变环节中的指令电流。 4.有源电力滤波器的控制策略 电流滞环控制 定时器比较 空间矢量调制法（SVPWM） 矢量电流跟踪控制 4.1电流滞环控制 滞环比较器的优缺点 优点：结构简单，容易实现 缺点：开关频率不固定 4.2 定时器比较法 定时器比较法 优点：控制更为简单，动态响应更快，开关频率固定。 缺点：同等开关频率下补偿精度较低 4.3 空间矢量调制法（SVPWM） 图4.2 三相电压源逆变结构 图4.3 基本电压空间矢量图 SVPWM法较传统的三角波调制法方法，其直流电压利用率高，电流畸变小，因此得到了广泛的应用。 SVPWM方法需要对有源电力滤波器中的谐波信号进行实时检测，得出其电压矢量的幅角特性，进行SVPWM控制。 4.4矢量电流跟踪控制 矢量电流跟踪控制 矢量电流跟踪控制 矢量电流跟踪控制 4.5三相四线制矢量电流跟踪控制 三相四线制矢量电流跟踪控制 三相四线制矢量电流跟踪控制 三相四线制矢量电流跟踪控制 三相四线制有源电力滤波器的研制 根据对有源电力滤波器的理论研究，研制了一台的并联型电力有源滤波器 其中谐波检测采用瞬时无功功率理论的谐波检测方法； 主电路采用两电平四桥臂的拓扑结构； 控制系统采用TMS320LF2812DSP； 控制方法采用定时器比较的方法。 主电路设计 控制电路设计 电流信号调理电路和过流保护电路 IPM驱动电路 人机接口 软件流程图 控制系统主程序流程图 瞬时无功功率算法实现流程图 3-2变换和