三相四线制并联型有源电力滤波器数字控制器的设计与优化

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1、三相四线制并联型有源电力滤波器数字控制器的设计与优化第1章绪论1.1概述近年来，随着电力电子技术、半导体功率器件以及控制理论的飞速发展，越来越多的电力电子设备应用于人们的日常工作和生活之中，给人类带来了诸多便捷，然而这些设备的引入同时也对电网产生了不利的影响，其中最主要的问题即是对低压供电系统，尤其是在三相四线制系统注入了大量的谐波电流，影响了电能质量，埋下了不可忽视的隐患，也在不同程度上造成了危害。为了解决谐波电流对电网的影响，初期人们采用无源电力滤波器对电网中的谐波以及无功功率进行补偿，随着电力电子技术的发展，有源电力滤波器成为了逐渐取代无源电力滤波器的重要设备。有

2、源电力滤波器是一种可以实时检测电网中负载电流所含有的谐波分量，提供一个反向的补偿电流以补偿该谐波电流，降低电源电流的THD，同时也可以补偿无功功率，提升电能质量的装置。有源电力滤波器具有高度的灵活性和可靠性的电能质量校正装置。本章首先介绍三相四线制供电系统中普遍存在的谐波问题，分析了谐波的引入将会对对系统造成不同程度的危害；然后介绍有源电力滤波器作为谐波治理、提升电能质量的重要装置，其发展过程与近年来国内外的发展趋势；进而分析了有源电力滤波器设计的重要环节及其国内外研究现状；最后，介绍了本文的内容安排，并对本章进行小结。.......1.2三相四线制供电系统中的谐波电流

3、问题典型的低压供电系统是由381/220V或208/120V的三相四线制系统组成，并广泛应用于提供办公大楼、工厂和居民区等，在正常运行的情况下，即三相负载处在理想的平衡条件下，中线的电流非常小，并不会超过正常工作下每相电流的20%[1]。随着近年来电能以及电力电子设备的需求急剧增加，电力电子设备的得到了广泛的应用，同时大量的非线性负载的引入(如整流器，微波炉，电钻，不间断电源(UPS，UninterruptiblePo)，空调，照明系统，数据中心，打印机，电视机，可调速的电机，以及工厂中包含如晶闸管、逆变器等的用电设备)，这些非线性负载的引入导致严重的电压畸变，同时影响

4、电能质量[2][3]。一般引起电能质量恶化的主要因素有如下两点，1)谐振：如电网中功率因素校正所用的容性设备与电网电缆电感或变压器引起的谐振。采用无源器件组成的无源滤波器通常简单易实现，然而其大量的引入会造成潜在的谐振问题，从而使电能质量更加恶化；2)非线性负载引入的谐波电流：例如采用开关模式电力电子设备的应用将会导致大量的谐波电流，其中尤其是三次谐波电流(180Hz)尤为严重，三次谐波及其奇数倍谐波电流并不会在中线中相互抵消，这将会导致中线电流严重超过相电流，造成以下潜在的隐患，a)中线电缆线材损耗严重或导致熔断；b)谐波电流严重导致变压器过热，最终致使其隔离失效并损

5、毁；c)谐波电流的热效应将导致接头处松动，造成严重的电磁干扰问题；d)大量的中线电流将导致电源电压对地压变化，这对于电压敏感的电器设备造成严重影响，如电能计量设备等。........第2章有源电力滤波器的离散数学模型2.1概述本章将首先回顾并分析三相四线制有源电力滤波器的设计将要涉及到的数学模型问题。有源电力滤波器一般包括主电路拓扑的设计，锁相环的设计，负载的谐波电流检测算法，电流、电压的控制环路设计以及调制方式的设计。其中，锁相环是系统设计的一个重要而基础环节，锁相环为系统提供一个稳定可靠的时间基础，确定了系统当前运行的相位，锁相环的实现方式一般可以分为硬件锁相与软件

6、锁相，其中软件锁相算法在文献[8][9]中已经有详细的分析，不作为本文所讨论的重点，本文将采用基于同步旋转变换的数字软件锁相环，然而考虑到这种锁相方式将引入的采样方式为异步采样，即严格意义上说采样频率在时刻发生变化，会导致系统开关频率在设定频率点上下波动，因此区别于固定频率的系统。文献[48]分析比较了这两种数字锁相系统的区别和各自的优势，固定频率的锁相系统将拥有更好的动态性能，而变频率锁相则在使用重复控制时具有较高的谐波电流补偿精度。为了简化分析，系统建模时，在锁相环已经稳定工作的条件下，假定采样频率为恒定值Fsulink仿真与实验样机验证....323.5本章小结.

7、....41第4章有源电力滤波器的系统设计.......424.1概述.........424.2样机硬件结构与软件系统设计.....424.3基于EDMA的人机通讯方案设计....474.4本章小结.....50第5章直流侧电压的优化运行.........515.1概述.........515.2有源电力滤波器直流侧电压的分析.......515.3直流侧电压的二阶软启动.........575.4直流侧电压控制器与补偿性能的关系.....595.5本章小结.....62第5章直流侧电压的优化运行5.1概述本章将重点分析三相四线制并联型