40000字硕士毕业论文基于数字信号处理器的电力滤波器研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：40000字

论点：谐波,滤波器,电力系统

论文概述：

本文研制的有源滤波器样机滤波效果显著，滤波后THD、直流侧电容电压及其纹波达到了预期的控制目标，验证了本文提出的有源滤波器谐波检测算法、电气参数设计和控制策略参数设计等理论研

论文正文：

介绍

1.1电力系统谐波的产生、危害及治理措施
(1)谐波的频率含量非常丰富，容易引起电力系统负荷设备的电路谐振现象。电容器通常并联在电力系统感性负载附近，不仅可以补偿无功功率，提高功率因数，还可以滤波电压。电容器和电力系统的线路电感之间存在谐振频率。在工频电压下，电容器工作正常。如果电压包含谐振频率的谐波，电容器和电力系统很容易谐振。电流浪涌几次甚至十次，经常烧坏串联的电容器和电抗器。
(2)谐波会增加电网中的有功功率损耗和输电线路损耗；谐波会危及电力系统中电缆、机架空线路、绝缘体、电容器和其他设备的绝缘性能。高次谐波会导致电压和电流波形的尖峰或毛刺增加，导致局部温度升高，缩短设备的使用寿命。谐波会增加架空线/[线/k0线的电晕现象和电晕损耗。谐波会增加电流变化率di/dt，降低断路器的分断能力。
(3)对于精密制造业中的敏感负载设备，谐波会导致电源电压波形、幅度或频率不稳定，导致设备无法连续正常工作，设备频繁启停干扰企业正常生产，带来巨大的经济损失。
(4)电力系统继电保护装置一般采用电流有效值作为判断条件。谐波会干扰测量，导致保护装置做出错误判断，然后保护装置会发生故障或拒绝运行，导致电力系统故障。
(5)谐波会干扰通信机房、信号基站等通信设施的正常运行，增加通信信号噪声，影响电视、收音机、手机等终端接收设备，降低通信质量。
(6)谐波会导致电力系统功率测量误差，谐波会产生畸变功率，降低功率因数。
(7)对于三角形连接的变压器，三次谐波会在变压器的三相线圈中产生环流，严重时会损坏变压器；对于电力系统的中间线路，三次谐波会使中间线路发热，如果情况严重，会烧毁线路并引起火灾。
鉴于谐波危及电力系统的稳定运行，危及电力系统设备的安全运行，对电力系统造成安全隐患，降低电力系统用户的电能质量和供电可靠性，必须对电力系统谐波进行相应的控制。世界上许多国家和国际权威机构都颁布了限制电网谐波的标准。对谐波影响较大的国际标准包括美国电气和电子工程师学会的IEEE519-1992标准和国际电工委员会IE555-2标准。我国颁布了国家标准GB/T14549-1993《电能质量公共电网谐波》和国家标准GB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡》。这些标准限制谐波源注入电网的谐波电流和电网连接点处的谐波电压，以保护电网设备免受谐波源的干扰。例如，在GB/T14549-1993中，谐波源注入电网的谐波电流限值见表1.1。

1.2有源电力滤波器的发展及国内外研究现状
20世纪60年代末，首次提出了向电网注入谐波电流控制谐波的思想，形成了有源电力滤波器思想的雏形，并在70年代不断发展，最终形成了有源电力滤波器的基本概念和原理。20世纪70年代末，脉宽调制变换器被提出作为有源电力滤波器的基本结构，为有源电力滤波器电路拓扑奠定了基础，是目前研究和应用最广泛的电路拓扑。随着电力电子器件技术的进步，有源电力滤波器电路拓扑的研究也取得了不断的发展和成熟。1984年，奇穆塔文等学者提出了瞬时无功功率理论。它已被广泛研究和不断改进。它取代了模拟滤波器和傅里叶变换等早期谐波提取算法，成为谐波分析和检测的最重要理论，极大地推动了有源滤波器的发展。近年来，有源电力滤波器在电路拓扑、脉宽调制变换器控制理论和谐波分析理论三个方面得到了发展和成熟，从实验室研究阶段逐渐进入工业实际应用阶段。

2有源滤波器的原理及控制方法

2.1有源滤波器的结构和原理
有源滤波器可以并联或串联到电力系统，因此可以分为两种基本类型:并联型和串联型。并联有源电力滤波器的电路原理图如图2.1(a)所示，串联有源电力滤波器的电路拓扑图如图2.1(b)所示。并联有源电力滤波器可以等效于电流源，输出谐波电流，减少电力系统电流中的谐波分量。串联有源电力滤波器可以等效于电压源，输出谐波电压，降低电力系统电压中的谐波分量。并联有源电力滤波器的示意电路图如图2.1(a)所示，串联有源电力滤波器的示意电路图如图2.1(b)所示。
目前，电力系统中的谐波控制主要是控制谐波电流。接入点电压的谐波含量与补偿功率电流的谐波含量和接入点的短路阻抗有关。正常情况下，补偿后的功率电流和接入点电压的谐波含量将得到有效降低。此外，串联有源电力滤波器在安装、切换和故障后退出方面比并联有源电力滤波器复杂。因此，串联有源电力滤波器很少单独使用，通常与并联有源电力滤波器结合使用。电力系统是三相的，所以有源电力滤波器根据是否有零线
有源滤波器是一种非常重要的电力电子设备，可以有效控制电力系统谐波，提高电能质量。本文以三相四线制有源滤波器为研究对象，在谐波检测的理论和仿真实验中对瞬时无功功率理论进行了广泛深入的研究。根据实际工业负荷情况，在有源电力滤波器的参数设计方面取得了一些研究成果。为满足大多数应用对DC侧电容、交流侧连接电抗、三角波控制算法PI参数和DC侧电容电压稳定控制PI参数的要求，提出了一个参数设计公式。研制了220V20A三相四线有源滤波器，并进行了大量样机实验。本文完成的主要工作如下:
(1)分析了瞬时无功功率理论的数学理论基础，重点介绍了基于瞬时无功功率理论的电能质量检测方法和检测方法的工作原理和特点。提出了三角波控制算法下PI参数的确定方法和调试范围。(2)对有源电力滤波器电路的两个重要参数——DC侧电容和交流侧电感进行了理论分析和计算。然后，根据以前有源电力滤波器的原理和控制方法，设计了基于Matlab的仿真电路，并在此基础上对有源电力滤波器的性能进行了研究和分析。仿真结果表明，有源滤波器具有良好的补偿特性，验证了前一种控制方法的正确性。
(3)在上述理论研究工作的基础上，本文最终获得了一套有源滤波器整个系统的集成设计方法，包括电气主电路参数、控制器硬件方案、控制软件平台等。和数字低通滤波器设计等技术问题。最后，研制了有源滤波器，并进行了大量原型实验，验证了本文理论研究结果的正确性和工程实用价值。分为三相三线制和三相四线制。三相三线制有源电力滤波器的公共电路拓扑如图2.2(a)(b)所示。

3并联有源电力滤波器…… 17
3.1有源电力滤波器主电路参数的计算……3.3仿真分析…… 26
3.4总结 4.2.1控制器的双数字信号处理器架构……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………4.4数字IIR低通滤波器………………………………………………………………………………………………………………………………44[/BR/]4 . 5 . 1 Modbus通信协议…… ……50

结论

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