基于FPGA的并联型有源电力滤波器研究

发布时间：2017-08-03 08:19

  本文关键词：基于FPGA的并联型有源电力滤波器研究

  更多相关文章： 并联型有源电力滤波器 选择性谐波补偿 数字延时 比例谐振调节器

【摘要】：随着电网中非线性负载的大量使用,使得电网中存在大量的谐波和无功电流,降低了电网的供电质量。并联型有源电力滤波器作为一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置,得到广泛的使用。目前有源电力滤波器从补偿的方法来看,可以分为全补偿和选择性补偿两种,本文重点研究了并联型有源电力滤波器的选择性谐波补偿技术。本文首先针对并联型有源电力滤波数字控制系统存在的延时问题,研究了数字控制系统的延时对并联型有源电力滤波器选择性谐波补偿效果的影响。在分析过程中将并联型有源电力滤波器数字系统的延时分为两类,即谐波检测部分延时和环路控制延时。谐波检测部分延时改变电流跟踪基准信号大小,直接影响补偿电流的精度。而环路控制延时存在于闭环内,影响系统的稳定性。在保证系统同样的相角裕度时,环路控制延时变长,系统带宽不断减小,间接影响系统的补偿精度。同时通过数学的推导,得出了减小谐波补偿系统的延时的方法,然后针对带延时环节的并联型有源电力滤波器系统进行数学建模分析。由于实际使用的理想的比例谐振调节器存在抗电网扰动差和相角滞后对系统造成不稳定问题,本文从这两点出发,对理想比例谐振调节器进行了改进,得到一种带相角补偿的比例谐振调节器数学模型。并利用了波特图和奈奎斯特图各自的优点,对带相角补偿的比例谐振调节器进行了参数设计,其主要的设计的思想是加调节器后补偿延时造成的相角滞后和入网谐波电流剔除率最优。最后对比了电流环采用比例积分调节器对谐波电流跟踪产生的误差的大小,体现带相角补偿的比例谐振调节器对谐波电流跟踪的优势,并通过仿真验证了本文所设计参数的有效性。在上述分析的基础上,构建了以FPGA为核心的有源滤波器数字控制系统,其中主要包括谐波电流检测、谐波电流跟踪、数字PWM模块设计。分析了FPGA数字控制系统中存在的延时时间,并同目前常用的DSP数字控制系统进行对比,得到本文基于FPGA为控制器的并联型有源电力滤波器在减小延时上的优势。最后本文搭建了一台20A的单相并联型有源电力滤波器系统,介绍了主功率电路的参数。在实验平台的基础上,采用本文所研究的比例积分调节器和比例谐振调节器分别进行了谐波电流选择性补偿实验,同时改变系统的不同延时,观察系统的补偿性能,并对实验波形进行详细分析。实验结果验证了带相角补偿的比例谐振调节器在谐波跟踪的优势,同时也验证了参数设计的有效性。
【关键词】：并联型有源电力滤波器 选择性谐波补偿 数字延时 比例谐振调节器
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM761;TN713.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 课题背景15-16
• 1.2 并联型APF选择性谐波电流补偿技术研究现状16-20
• 1.2.1 并联型APF选择性谐波电流检测技术研究现状16-19
• 1.2.2 并联型APF谐波电流跟踪技术研究现状19-20
• 1.3 并联型APF数字控制研究现状20-23
• 1.3.1 基于DSP的并联型APF控制系统研究现状21-22
• 1.3.2 基于FPGA的并联型APF控制系统研究现状22-23
• 1.4 本文的主要内容23-25
• 第二章 并联型APF数字控制延时分析及其对补偿的影响25-39
• 2.1 并联APF系统的整体框架25-26
• 2.2 滑动窗DFT谐波电流检测26-28
• 2.2.1 滑动窗DFT原理26-27
• 2.2.2 滑动窗DFT仿真分析27-28
• 2.3 并联型APF的数字控制延时对补偿性能的影响28-38
• 2.3.1 谐波电流检测延时对补偿性能的影响29-32
• 2.3.2 控制环路的延时对补偿性能的影响32-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 带相位补偿的比例谐振电流调节器参数设计39-59
• 3.1 并联型APF数学模型39-43
• 3.2 PR电流调节器的设计43-52
• 3.2.1 理想PR调节器存在问题及改进43-46
• 3.2.2 带相位补偿的PR调节器参数设计46-52
• 3.3 PR调节器在谐波电流跟踪中的优势52-54
• 3.4 仿真分析54-58
• 3.4.1 PR仿真分析54-56
• 3.4.2 PI仿真分析56-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 并联型APF数字控制系统的FPGA实现及其分析59-73
• 4.1 FPGA控制系统的整体框架结构59-61
• 4.1.1 整体框架结构59
• 4.1.2 数据接口59-61
• 4.2 RDFT谐波电流检测算法的实现61-65
• 4.2.1 RDFT实现结构61-62
• 4.2.2 RDFT数据的存储62-63
• 4.2.3 旋转因子63-65
• 4.3 环路控制算法的实现65-68
• 4.3.1 环路控制算法实现结构65
• 4.3.2 电压调节器65-66
• 4.3.3 电流调节器66-68
• 4.4 数字PWM的实现68-71
• 4.5 FPGA数字控制系统的延时计算71-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 实验验证73-80
• 5.1 实验参数73-75
• 5.2 实验结果与分析75-79
• 5.2.1 选择性谐波电流补偿实验75-76
• 5.2.2 PI电流跟踪实验76-77
• 5.2.3 PR电流跟踪实验77-79
• 5.2.4 不同延时对补偿性能影响实验79
• 5.3 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 本文工作总结80-81
• 6.2 后续工作展望81-82
• 参考文献82-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士期间发表的学术论文及获得的荣誉88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵文强;陈国柱;;并联型APF在容性非线性负载中应用[J];电力自动化设备;2009年12期

2 章广清;刘建峰;;基于空间矢量控制策略的并联型APF研究[J];硅谷;2011年19期

3 范瑞祥;孙e，

本文编号：613377