基于多谐波检测方法融合的有源电力滤波器控制系统研究

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1、基于多谐波检测方法融合的有源电力滤波器控制系统研究第1章绪论1.1研究背景电网的安全有效运行能够提高工业生产效率和人民生活水平。通常情况下，电能的供应目标是要为用户提供标准频率的正弦电压信号。但近些年，伴随着工业生产中非线性负载的大幅度增加，导致非线性电力电子设备得到了大量的应用。由此电压和电流的实际波形与标准的正弦波形相比存在着巨大的偏差，产生了巨大的波形畸变，我们习惯于把这类波形畸变称之为谐波，这些波形畸变严重的影响了工业生产和日常生活的电能质量。早在19世纪前后，约瑟夫傅里叶等学者就提出了大量有关谐波的有效分析方法，奠定了谐波研究的理论基础，

2、至今这些分析方法还被大量的应用。在19世界40年代初由J.C.Read撰写的一篇关于变流器的谐波分析方法的文章可视为当时谐波研究领域中的经典之作[1]。到了50年代末60年代初的时候，由于高压直流输电技术的瓶颈得到了重要的突破，谐波污染产生的问题变的越加严重，因此引起了广大学者的重点关注，于是大量学者都开始了对这方面问题的研究，产生出大量关于谐波研究问题的论文。之后，电力电子技术在各个国家得到飞快的发展，大量此类设备在工业生产、公共交通以及家庭生活中的使用日渐广泛，再加上各种压缩机、整流器等非线性的设备得到大量应用，从而使得谐波问题更加严重。IEE

3、E（美国电气电子工程学会）与IEC（国际电工委员会）这两个国际上公认的权威电气工程领域的学术性组织，在近些年都制定了关于如何有效的减少与抑制畸变波形的基本标准。并且在此基础上进行了不断大量的修改。从这个事件可知，由谐波所导致的各种各样问题已经得到了更多科研工的关注。因此我们国家在1993年制订了相关的规定，目的是以此来控制和减少电力系统中谐波的含量，从而提高工业生产和日常生活的电能质量[2]。1.2有源电力滤波器国内与国外研究发展现状开发和研制有源滤波器的思想最早呈现在19世纪60年代末由学者B.M.Bird和J.F.Marsh发表的论文中，在这篇

4、论文中详尽的叙述了如何往电力电源中注入多次谐波电流，从而使电力电源的电流波形得到良好的改善，这标志着有源电力滤波器思想的初步诞生。在19世界70年代初，日本的H.Sasaki等学者通过大量的课题研究，使有源电力滤波器的基本原理得到了系统完整的描述。1976年,L.Gyugyi等学者提出了APF的基本电路,由他们撰写的论文ActiveACPo构造控制系统；结合DSP和CPLD构造的控制系统；双DSP构造控制系统[26-28]。基于本文研究的基本情况考虑，文中使用的是双DSP构造的控制系统。硬件控制系统对于APF的整体机构非常重要，其是否优越直接影响了

5、APF治理谐波的效果。出于处理能力等多方面的考虑，本文的硬件系统是基于DSPTM3S20F2812设计的，双DSP的结构具有非常大的控制和运算能力，能完全满足APF对硬件控制系统的要求。本文使用的TMS32OF2812芯片是美国TI公司推出的32位定点DSP芯片，在众多领域得到了广泛的使用。其的运算能力非常优越，主频率可以达到150MHZ、数字运算能力可达150MIPS(百万指令数每秒)，单条命令的运算周期仅为6.68ns。TMS32OF2812使用的是哈佛总线，其存储模式是单一的结构，可寻址程序数据空间都为4M。其芯片内有足够大的FLASH存储器

6、和SRAM、引导ROM，并且这些存储器都可以扩展容量。在基于DSP控制的APF中，把非线性负载所产生的谐波电流输入到DSP内部的A/D，DSP通过对谐波电流的分析计算将结果经过D/A发送给控制电路。或者可以在DSP内部运行控制算法运算，然后在经过P端口直接发出关断控制的信号。谐波和无功电流的计算在TMS32OF2812芯片可以用软件的方法实现，能非常好的解决由于模拟方法所造成的元器件不耐温与容易老化等等问题，使得在抗噪与抗干扰能力得到很大的加强。基于TMS32OF2812芯片拥有者强大的计算能力，使得在此芯片上可以实现大多数的先进控制方法。TMS3

7、2OF2812芯片对于不同的需要只需更改软件程序，使得基于它的系统使用起来变得非常简单。第3章基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法仿真.......193.1瞬时无功理论.....193.1.1基于αβ坐标下的瞬时无功理论.....193.1.2基于dq0坐标下的瞬时无功理论........223.2基于瞬时无功的谐波检测方法与仿真.....243.3本章小结....30第4章基于快速傅里叶变换的谐波检测方法与仿真....314.1离散傅立叶变换.......314.2快速傅里叶变换.......324.3快速傅里叶变换谐波检测

8、方法........364.4快速傅里叶变换分析谐波实验........38第5章基于瞬时无功功率理论和FFT算法相结合.