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Ⅰ型三电平有源滤波补偿装置研制

吴边  
【摘要】:在当今社会发展的过程中,电能是最为重要的能源,清洁高效、适用范围广泛是其最主要的特点。伴随着科技的进步,各种现代电力电子设备的大规模使用,接入电网的用电设备日益繁杂,随之而来的电能质量问题也引起了人们的广泛和密切的关注。在影响电能质量的众多因素中,谐波问题成为最主要也是最受关注的因素之一。有源滤波器(Active Power Filter,APF)作为当今治理电网谐波污染最为有效、使用最广泛的手段,成为了广大学者研究的热点。本文以Ⅰ型三电平有源滤波器为研究对象,设计了一种可以实现指定次谐波检测与补偿的有源滤波补偿装置。从谐波检测、电压电流闭环控制以及装置的开发这三个方面展开了研究。首先,本文介绍了并联型有源滤波器的工作原理,随后介绍了本文采用的Ⅰ型三电平滤波器的主电路拓扑结构以及分析了其工作状态,在此基础上建立了Ⅰ型三电平三相三线制有源滤波器的数学模型,并将三相静止坐标系下的数学模型变换到了两相旋转坐标系中。在谐波检测的研究中,通过分析低压系统中谐波组成,本文采用了一种半周期DFT测量谐波的方法,只需要将半个周期的采样数据参与计算,相比完整周期DFT,该方法能够大大减少计算量,提高了谐波检测的工作效率,在实际应用中又引入了滑窗迭代算法,提高了谐波检测的实时性。在电压电流闭环控制器的设计过程中,首先设计了电压外环和电流内环的PI控制器,为了改善单纯PI控制无法精确跟踪高频谐波电流的缺点,引入了重复控制的方法,设计了重复控制器与PI控制器并联的复合控制器,伯德图与仿真电流THD值都表明了这种控制器可以精确的跟踪高频谐波电流。最后,设计了Ⅰ型三电平有源滤波补偿装置完善的硬件电路和软件程序,采用DSP作为主控芯片,详细设计了装置的模拟量和开关量的采集与输出电路、电源电路、驱动电路、时钟和存储电路等。


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