基于TMS320LF28xx的有源电力滤器设计 .doc

目 录 1 绪论 1 1.1 选题目的和意义 1 1.2 谐波抑制与无功补偿理论的发展与现状 1 1.2.1 谐波问题的发展 1 1.2.2 无功补偿理论的国内外研究现状 2 1.3 本文所做的工作 3 2 谐波与无功补偿理论概述 4 2.1 谐波的危害 4 2.2 抑制谐波的方法 5 2.2.1 LC无源滤波器 5 2.2.2 有源电力滤波器 7 2.3 衡量APF补偿性能的指标 8 3 基于定频滞环的SVPWM电流控制 10 3.1 滞环电流控制方式研究 10 3.2 三角波调制法 11 3.3 基于定频滞环的SVPWM控制 12 3.3.1 一种常规的定频滞环电流控制策略 12 3.3.2 在新坐标系下的空间矢量控制 13 3.3.3 指令电压矢量区域的确定及控制 15 3.3.4 定频滞环SVPWM电流控制的实现 21 4 并联混合型有源电力滤波器系统 24 4.1 并联混合型有源电力滤波器 24 4.2 总体系统结构图 25 4.3 并联混合型有源滤波器的工作原理分析 26 4.4 系统参数设计 28 4.4.1 无源滤波器的设计 28 4.4.2 有源滤波器系统各电路设计 31 5 混合电力滤波器数字控制系统仿真 40 5.1 仿真软件介绍 40 5.2 有源电力滤波系统仿真模型的建立 40 5.3 仿真结果及分析 45 6 结论和展望 50 6.1 结论 50 6.2 展望 50 致谢 51 参考文献 52 1 绪论 1.1 选题目的和意义 随着国民经济的快速发展及电力体制改革,对电能质量及电网安全、经济运行提出了越来越高的要求。合理地进行瞬时无功功率理论在有源电力滤波器装置中的应用,不仅能保证电能质量, 同时也能有效地降低电网的电能损耗, 提高经济效益。 本次设计是对谐波危害与无功补偿理论及其应用研究的一次尝试性设计。在谐波抑制与无功补偿理论及其应用研究中，我们在分析无源、有源滤波器工作特性的基础上，研究LC无源滤波系统电流放大问题、发生谐振的条件及谐振电路的实现方式；在瞬时无功功率理论的基础上，比较P-Q和两种谐波电流检测方法，提出一种更好的谐波电流检测方案，研究空间矢量滞环控制策略的实现方式，并进行仿真实验。培养了我们综合运用多学科知识，提高科研开发能力和工程实践能力的目的。设计过程中，我对谐波抑制和无功补偿等相关的新知识进行了学习，电脑的各项基本操作技能的运用有了进一步的提高。 1.2 谐波抑制与无功补偿理论的发展与现状 1.2.1 谐波问题的发展 电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用了静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。早期有关谐波研究的经典论文是1945年J.C. Read发表的有关变流器谐波方面的论文。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文，E.W. Kimbark在其著作中对此进行了总结。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害日益严重。世界各国都对谐波问题予以充分的关注，国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波及用电设备谐波的标准和规定。 我国对谐波问题的研究起步较晚。吴竞昌等人1988年出版的《电力系统谐波》一书是我国关于谐波问题较有影响的著作；夏道止等人1994年出版的《高压直流输电系统的谐波分析及滤波》是近年出版的代表性著作。此外，唐统一等人和容健纲等人分别独立翻译了J.Arrillaga等的《电力系统谐波》一书，也在国内有较大的影响。 1.2.2 无功补偿理论的国内外研究现状 有源滤波器作为改善供电质量的一项关键技术，在日本、美国、德国等工业发达国家已得到了高度重视和日益广泛的应用。在日本，己有500多台APF投入实际运行，绝大部分为并联型APF，这些滤波器主要用于谐波补偿，部分同时用于补偿无功功率。在德国北部，由西门子公司制造，欧洲最大的一台610KVA工业用并联APF己经运行了近8年。随着有源电力滤波器价格的下降，它的市场越来越大，早期有源电力滤波器的PWM变流器中的主开关功率器件都采用BJT或GTO，而现在电压型有源电力滤波器一般都己经采用IGBT模块，从而使有源电力滤波器的容量上升到50KVA一1000KVA。目前，世界上APF的主要生产厂家有日本名电舍公司、美国西屋电气公司、德国西门子公司等。 国内对于APF的研究尚处在起步阶段，清华大学、武汉大学、中国电力科学研究院、西安交通大学、东北大学、重庆大学、华北电力大学等单位正积极进行这方面的相关研究，部分单位已经研制出样机并投入试运行。我国的有源滤波技术还处在研究实验阶段，工业应用