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《重庆大学》 2004年
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开关功率放大器与DSP在电力系统谐波模拟装置中的应用

王军生  
【摘要】:电力系统谐波对电力系统环境造成严重污染,引起世界各国都对谐波问题给予了十分的关注和关心,并积极地对谐波进行讨论和研究。而电力系统谐波模拟装置是谐波研究的最基本工具之一。因此,设计一套方便实用的电力系统谐波模拟装置就显得尤为重要了。 本论文对电力系统谐波的概念、特性及危害进行了详细的描述,进而说明了研究电力系统谐波模拟装置的重要意义。 电力系统谐波模拟装置要求能够真实地再现电力系统PT出口电压的波形,要求输出电压有效值为0~100V,电流有效值为0~3A,要求输出的功率要大,效率要高,波形失真要小。通过对目前存在的各类功率放大器件性能进行比较,确定选择开关功率放大器作为功率放大器件。在开关功率放大器的发展过程中,开关功率放大器主要活跃在数字音频领域中,很少应用在大功率、高电压场合。开关功率放大器具有能承受高电压、大电流、大功率的能力;拥有相移失真小,容易数字控制、任意波形发生、效率高、体积小、重量轻等优点。具备可以实现电力系统谐波模拟发生的优势,可以满足电力系统谐波模拟装置的要求。 对各类功率放大器的特性进行了分析和比较,并重点分析了开关功率放大器的工作原理,并对开关功率放大器放大给定电力系统谐波的工作原理进行了推导。电力系统中要研究的谐波主要是在31次范围内的谐波,谐波频率都不是很高。因为该装置要输出的谐波频率不高,所以采用通常的SPWM控制就可以实现。通过对常用的PWM调制方法在选择载波比dn、调制波不同起始点对输出波形的影响,以及死区时间对输出电压幅值、相位和波形畸变的影响的分析,为PWM调制设计方案提供了理论上的依据,并确定了合适的调制方案。 开关功率放大器输出的PWM波形需要经过滤波器的解调,滤除掉不需要的高次谐波,并防止信号出现失真,最后输出所要求的波形。本论文分析了单级LC滤波器、两级LC滤波器和谐振滤波器三种滤波器的特点。因为要滤除逆变器输出SPWM波形时所产生的开关频率附近的谐波,以及因为设置死区而带来的低次谐波,这些谐波的频率都要高于电力系统最高次谐波。经过综合比较,最终确定了使用单级LC滤波器,并提出选取谐振频率ω0要以所要输出的电力系统最高次谐波为参考的设计依据。 控制电路要求简单、可靠、容易实现灵活控制。论文介绍了TMS320LF2407这种具有强大的运算能力和丰富内部资源的专用数字电机控制的DSP,它可以方便地实现电力系统谐波模拟装置的数字控制。通过对采用规则采样法和自然采样法生成 WP=5 SPWM波形误差的比较分析,证明了由于TMS320LF2407具有30MIPS的执行速度,完全可以实现很高的载波频率,采用规则采样法产生的误差可以忽略,从而可以为作为逆变器的DIP-IPM PS21245智能模块提供高精度的SPWM控制波形。闭环反馈采用PID这种最广泛使用的控制规律,以保证放大倍数的稳定。 经过仿真实验和实际装置实验的结果对比,验证了本论文所述方案的正确性和可行性。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TM743

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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1 冯波;用于电力系统混合仿真器的D类功率放大器的研究[D];华北电力大学;2000年
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5 何中一;SPWM逆变器控制技术研究[D];南京航空航天大学;2005年
6 蔡晓峰;电磁轴承开关功率放大器的设计与研究[D];浙江大学;2004年
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【二级引证文献】
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1 隗思;微机继保测试系统开关功率放大技术的研究[D];华中科技大学;2011年
2 邓翠艳;塔式起重机工作状态监控系统的研究[D];太原理工大学;2012年
【二级参考文献】
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2 李慧星;基于模糊—粗糙理论的变电站电压无功控制[D];大连理工大学;2005年
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5 王知磊;船舶电站多种发电方式联合运行的仿真研究[D];上海海事大学;2004年
6 江亮;SVM算法研究及其在交流控制系统中的应用[D];西北工业大学;2005年
7 王晖辉;三相光伏并网逆变器的设计与仿真[D];郑州大学;2004年
8 李登峰;基于FPGA和DSP的数字滤波器设计[D];南京理工大学;2004年
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10 甄姬娜;基于平衡多小波的编码技术[D];郑州大学;2006年
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