电动钻机电网有源电力滤波技术

论文摘要

随着电力电子技术和自动控制技术的飞速发展,电力系统中的非线性功率器件的广泛应用,电力系统谐波已经成为一个不容小觑的问题。本文在研究有源滤波技术的基础上,针对电动钻机自配电网的谐波特性和负载特性,提出有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)抑制电动钻机电网谐波。主要研究内容有：分析电动钻机电网的各种非线性负载。对负载自身的特性和容易产生的谐波次数进行详细研究。总结和分析出电动钻机电网的总谐波特性和容易产生谐波突变的工作环节。研究电动钻机电网系统专用有源电力滤波器的控制策略。建立APF中谐波检测方法的数学模型,并且对其进行了仿真实验分析,总结各自的优缺点和适用环境。对比分析了滞环比较,载波调制和矢量控制三种指令电流控制方法研制电动钻机电网用APF的主控制系统。计算APF的容量、直流侧电压值和连接电感值等。硬件系统设计中,电压和电流传感器选用Hall型传感器,并设计相应的信号调理电路。以TMS320F2812DSP为核心控制器,根据芯片供电特性,其电源采用TPS767D3xx系列双电压低压降线性电源。对设计的DSP控制系统及相关的软硬件通过试验进行分析和验证。提出了采用直接功率控制,同时结合空间矢量调制技术的有源电力滤波器抑制电动钻机电网谐波,提高供电系统功率因数。建立电动钻机电网用APF的仿真模型,通过分析证明,APF能够实现快速的跟踪补偿,可以应对电动钻机电网谐波变化量大,难以预测等不利于补偿控制的情况。结合样机试验分析得出,APF能很好的抑制电动钻机电网谐波。最后,对全文工作进行总结,展望未来技术的发展。提出目前有待解决的问题和研究尚不够充分的地方。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 电力系统谐波的定义,产生和危害
• 1.2.2 电能质量标准及谐波治理
• 1.2.3 电动钻机电控系统谐波
• 1.2.4 有源电力滤波器的发展
• 1.3 研究内容和创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 创新点
• 1.4 结构与安排
• 第二章 谐波电流检测方法
• 2.1 引言
• 2.2 瞬时无功功率理论
• 2.3 时域方法
• 2.3.1 p-q谐波检测方法
• p-i_p谐波检测方法'>2.3.2 i_p-i_p谐波检测方法
• 2.3.3 直接功率控制
• 2.4 频域方法
• 2.5 仿真实验
• 2.5.1 数字滤波器的选择
• 2.5.2 电压无畸变情况
• 2.5.3 电压畸变情况
• 2.6 本章小结
• 第三章 PWM技术与直流电压控制
• 3.1 引言
• 3.2 滞环比较与载波调制PWM
• 3.3 空间矢量PWM
• 3.3.1 SVM理论
• 3.3.2 SVM在APF中的应用
• 3.4 直流侧电压控制
• 3.5 本章小结
• 第四章 电动钻机电网APF的设计
• 4.1 引言
• 4.2 APF控制系统设计
• 4.2.1 数学模型
• 4.2.2 APF容量
• 4.2.3 自流电压和储能电容
• 4.2.4 连接电感
• 4.3 控制系统硬件设计
• 4.3.1 DSP控制器
• 4.3.2 电源设计
• 4.3.3 AD转换与信号调理
• 4.3.4 VSI开关管选型
• 4.4 DSP程序调试
• 4.4.1 主程序
• 4.4.2 AD子程序
• 4.4.3 PWM输出子程序
• 4.5 本章小结
• 第五章 仿真和样机试验
• 5.1 引言
• 5.2 仿真实验
• 5.3 样机试验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A FDATOOL数字滤波器设计
• 附录B MATLAB快速原型设计
• 攻读学位期间发表论文
• 详细摘要