APF数字锁相环及检测电路的研究

论文摘要

随着电力电子装置在工业和生活等多方面的广泛应用,其所带来的公共电网的谐波污染也日趋严重。有源电力滤波器（Active Power Filter, APF）被公认为是电力系统谐波污染治理和无功补偿最有效的手段之一。但在国内APF还没达到成熟应用阶段,还有很多问题需要进一步研究和改善。为此,本文对APF谐波检测系统进行了研究,这些研究工作对APF产品的广泛应用有着重要意义。本文首先介绍了常见的谐波治理策略,阐述了有源电力滤波器作为谐波治理和无功补偿装置的优越性和可靠性,总结数字锁相环在谐波检测中的应用前景。然后主要针对谐波检测算法,数字锁相环的参数及动态性能,采样控制几个方面做了深入分析。在分析了传统的傅立叶和改进的傅里叶级数法、Fryze时域法、基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测法等常用的谐波检测算法,并对比了它们优点和缺点后。针对三相三线制电路,详细研究了p-q和ip-iq两种谐波电流检测方法,并在MATLAB中搭建了仿真模型进行验证。基于ip-iq算法检测速度快、不受电压畸变影响等优点,本文选取ip-iq算法作为项目的谐波检测方法。此外本文深入研究了锁相环的结构及工作原理,对传统锁相环和数字锁相环的优缺点做了比较分析。基于数字锁相环无零点和温度漂移、抗干扰能力强、滤波特性好等优点,提出用数字锁相环实现AD采样控制。设计了基于FPGA的全数字锁相环,并给出了仿真波形。本文还在详细分析并联型APF结构和原理的基础上,设计了谐波检测系统的总体实施方案。APF谐波检测系统采用双核结构,以DSP28335作为主处理器负责ip-iq谐波电流检测算法的实现；FPGA作为辅处理器负责数字锁相环（DPLL）的实现,基于FSM的AD采集控制等任务；采用高性能16位、6路同步采样ADC,保证数据采集的实时性和精确性。最后给出系统的仿真及实验结果,分析结果表明此谐波检测系统性能优越。最后,针对本文的研究内容和工作进行了总结,并指出了其中的不足之处和今后努力的方向。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 电力系统谐波产生的原因、危害及其抑制技术

1.1.1 电力系统谐波产生的原因

1.1.2 电力系统谐波的危害

1.1.3 电力系统谐波抑制

1.2 国内外有源电力滤波器的发展及应用概况

1.2.1 有源电力滤波器的历史及发展概况

1.2.2 有源电力滤波器的近期应用概况

1.3 数字锁相环的发展背景及应用

1.3.1 数字锁相环的发展背景

1.3.2 数字锁相环的应用现状

1.4 本文的主要研究内容和所做的工作

第2章有源电力滤波器谐波电流检测方法的分析

2.1 常见的APF谐波检测技术

2.1.1 基于傅里叶变换的谐波检测法

2.1.2 改进的傅里叶级数法

2.1.3 基于Fryze时域分析的有功电流检测法

2.1.4 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测法

2.2 基于瞬时功率理论的谐波电流检测算法

2.2.1 瞬时功率理论的坐标变换基础

2.2.2 p-q理论

2.2.3 基于瞬时无功理论的谐波检测方法的实现

p-i_q检测算法仿真'>2.3 数字滤波器设计及i_p-i_q检测算法仿真

2.4 本章小结

第3章数字锁相环的结构分析

3.1 锁相环的分类

3.1.1 模拟锁相环

3.1.2 传统数字锁相环

3.1.3 全数字锁相环

3.2 锁相环的基本构成及工作原理

3.3 数字锁相环

3.3.1 数字鉴相器

3.3.2 数字环路滤波器

3.3.3 数字控制振荡器

3.4 本章小结

第4章基于FPGA的数字锁相环设计

4.1 VHDL语言与QUARTUS Ⅱ开发工具

4.2 数字锁相环的VHDL语言实现

4.3 本章小结

第5章 APF谐波检测系统设计

5.1 谐波检测系统的设计

p-i_q算法的谐波检测系统应考虑的问题'>5.1.1 设计基于i_p-i_q算法的谐波检测系统应考虑的问题

5.1.2 谐波检测系统的设计

5.2 信号调理电路设计

5.3 过零检测与锁相倍频

5.3.1 电压过零检测电路设计

5.3.2 锁相倍频电路设计

5.4 AD采集控制

5.4.1 状态机简介

5.4.2 基于状态机的AD采集控制器设计

5.4.3 AD采集控制系统的程序实现

5.5 本章小结

第6章仿真与实验

6.1 DSP Builder与Matlab简介

6.2 在DSP Builder中搭建数字锁相环模块模型及仿真

6.3 APF样机谐波检测系统实验结果分析

6.4 本章小结

第7章总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

APF数字锁相环及检测电路的研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢