并联型电力有源滤波器控制算法的研究与实现

论文摘要

现代电力系统中的电力电子装置越来越多,它们在给电力系统带来便利的同时,也不可避免的造成了谐波污染。电网谐波已经成为影响电能质量的重要问题,谐波抑制和治理已成为当今电气工程领域的重要研究方内容。有源电力滤波器(Active Power Filter——APF)由于其良好的动态补偿特性,能克服传统无源滤波器的缺点,在谐波抑制和无功补偿方面成为“电网污染”有效的治理方式。本文首先分析了电力系统谐波的产生原因,并列举了由于谐波给电力系统带来的主要危害；然后分析了电力有源滤波器的工作原理,阐述了APF抑制谐波的机理；接着介绍了电力有源滤波器设计当中应用最为成功的瞬时无功功率理论,以及由瞬时无功功率理论衍生出的谐波检测方法；最后在分析总结了电力滤波器谐波检测和控制方法基础之上,深入探讨了基于有功能量平衡原理的并联有源滤波器的控制方法。这种控制方法不需要复杂的谐波检测算法和过程,可以直接对有源滤波器的直流侧电容电压进行反馈控制,在维持直流侧电压稳定的同时实现了对谐波的抑制,通过MATLAB仿真验证了该理论的正确性和良好的谐波补偿效果。以上述有功能量平衡理论为依据,本文将给出基于16位高速单片机MSP430FE425构建的单相并联型有源滤波器试验模型设计,详细地介绍了试验模型的硬件电路设计和软件设计。该模型应用有功能量平衡原理,并利用了该单片机丰富强大的片内资源,简化了直流侧电容电压的调节过程,实现了测控一体化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 谐波产生的原因和危害
• 1.3 谐波治理方法
• 1.4 研究背景与现状
• 1.5 论文的主要工作
• 2 有源滤波器谐波检测
• 2.1 并联型有源滤波器工作原理
• 2.2 瞬时无功功率理论
• 2.3 基于瞬时无功功率的三相谐波检测方法
• 2.3.1 p-q运算法
• p-i_q运算法'>2.3.2 i_p-i_q运算法
• p-i_q法的比较'>2.3.3 p-q法和i_p-i_q法的比较
• 2.4 单相谐波检测
• 2.4.1 单相电路瞬时功率理论
• 2.4.2 傅里叶分析法谐波检测
• 2.5 本章小结
• 3 有源滤波器直流侧电压控制
• 3.1 有源滤波器系统的能量交换
• 3.2 基于有功能量平衡的控制方法
• 3.3 基于有功能量平衡原理的APF模型仿真
• 3.4 本章小结
• 4 有源滤波器的软硬件设计
• 4.1 MSP430fe425芯片
• 4.1.1 MSP430fe425内部资源简介
• 4.1.2 时钟系统
• 4.1.3 16位ADC（SD16模块）
• 4.1.4 PWM发生模块
• 4.2 测量功能的硬件设计
• 4.2.1 芯片ADC的外围连接
• 4.2.2 电压、电流互感器的连接
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 Embedded WorkBench for MSP430简介
• 4.3.2 主程序流程设计
• 4.3.3 检测软件设计
• 4.3.4 PWM输出设计
• 4.4 软件调试
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 个人简历
• 致谢