开题报告-基于TMS320F2812低压滤波补偿器的研究.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院：计算机与控制工程学院专 业：电气工程及其自动化设计题目：基于TMS320F2812低压滤波补偿器的研究指导教师: 2015年3月28日毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：文 献 综 述1.1 研究背景及意义 随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加。各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及各种开关电源等大规模地应用，其负面效应也日益明显1。电力电子装置的开关动作向电网中注入了大量的谐波和次谐波分量，导致了交流电网中电压和电流波形的严重失真，从而替代了传统的变压器等铁磁材料的非线性引起的谐波，成为主要的谐波源2。随着办公自动化和家用电器的日益普及，民用和商业用电在城市用电中的比例日益增大，其中计算机、电视机、洗衣机、收录机、电冰箱和电扇等家用电器虽然单台电器的谐波电流不大，由于数量极其庞大，并且工作同时性强(比如每天19：0021：00的电视黄金时段大量电视机同时工作)，所以其逐渐成为配电网谐波污染的主要来源3。电网质量的下降严重影响着供、用电设备的安全经济运行，降低了人民的生活质量。世界各国已经十分重视电能质量的管理。谐波治理是电能质量问题的核心内容之一，也是现代电力生产发展的迫切需求4-6。1.2 滤波补偿器的发展与现状 传统的无功功率动态补偿装置是同步调相机7。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的不同情况下，可以发出不同大小的容性和感性无功功率。然而，由于它是旋转电机，因而损耗和噪声都较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，在很多情况下已无法适应快速无功功率控制的要求8。所以，70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功功率补偿装置所取代9。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器型的。1967年，英国GEC公司制成了世界上第一批饱和电抗器型静止无功补偿装置。此后，各国厂商纷纷推出各自的产品；但由于其铁芯需磁化饱和状态，因而损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据静止无功补偿装置的主流10。电力电子技术的应用的发展及其在电力系统中的应用，将使用晶闸管的静止无功补偿装置推上了电力系统无功功率控制的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了其使用晶闸管的静止无功补偿装置12。1978年，在美国电力研究院(Electric Power Research Institute)的支持下，西屋电气公司(Westinghouse Electric Corp)制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运行13。随后，世界各大电气公司都竞相推出了各具特点的系列产品。由于使用晶闸管的静止无功补偿装置具有优良的性能，所以，近10多年来，在世界范围内其市场一直在迅速而稳定的增长，己占据了静止无功补偿装置的主导地位14。它包括：晶闸管控制电抗器(TCR)和晶闸管投切电容器(TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)15，或者晶闸管控制电抗器与固定电容器(FC)或机械投切电容器(MSC)混合使用的装置(如TCR+FC、TCR+MSC等)16。1.3 谐波问题及其抑制技术 20世纪20、30年代在德国，由于使用静止汞弧变流器造成了电压、电流的畸变，谐波问题就引起了人们的注意和研究。1945年，JCRead发表了早期谐波研究的经典论文(有关汞弧变流器谐波问题)，到了20世纪50年代和60年代，高压直流输电技术的发展，推动了变流器谐波研究进一步深入17。20世纪70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、农业、交通以及人们的日常生活中应用日益广泛，谐波造成的危害也日趋严重，世界各国对谐波问题也日益关注。谐波是由与电网相连的各种非线性负载产生的。引起电力系统谐波的主要谐波源有：电力变压器的非线性励磁、旋转电动机引起的谐波、电弧炉引起的波形畸变和各种电力电子装置(包括家用电器、计算机的电源部分)产生的谐波18。 解决电力电子装置和其他谐波污染源的问题，基本途径有两条19：一种是设置谐波补偿装置，如各种无源、有源滤波器，这对各种谐波源均适用；另一条是对于电力电子装置谐波源，可以对其进行改造，使之不产生谐波或者不消耗无功功率，如有源功率因数校正技术和PWM整流技术。1.4 DSP控制芯片的了解及选择预釆用TI公司的定点TMS320C2000中的TMS3202C28X系列的TMS320F281221。TMS3202C28X系列是目前国际市场上最先进的32位定点DSP芯22。它不但运行速度高， 处理功能强大，并且具有强大的事件管理能力、嵌入式控制功能和丰富的片内外围设备, 便于接口和模块化设计，其性价比极高，尤其适用于大批量和多品种的家电产品、数码相机、电话、测试仪器仪表等，还可以广泛应用于数字马达控制、工业自动化、电力转换系统及通信设备等23。因此该芯片非常适合本课题。参考文献：1 吴竞昌，孙树勤，宋文南等.电力系统谐波M.北京：水利电力出版社，19882 宋文南，刘宝仁.电力系统谐波分析M.北京：水利电力出版社，19953 林海雪，孙树勤.电力网中的谐波M.北京：中国电力出版社，l9984 夏道止，沈赞埙.高压直流输电系统的谐波分析及滤波M.北京:水利电力出版社， 1994 5 阿里拉加J，布莱德勒DA，伯德格尔PS，唐统一等译M.电力系统谐波.徐州:中国矿业大学出版社，19916 Read J C. The calculation of rectifier and converter performance characteristics. Journal IEE 1945,vn1.92,pt.II .495-5907 王璐.基于DSP的有源电力滤波器研究，西南交通大学硕士生学位论文D.成都：西南交通大学，20038 B.M.Bird J.F.Massh P.R,Mclellan. Harrnonics reduction in multioplex converters by triple-frenquecy current in jection PROC.IEEE,Vol1 160,No101969.109 姜齐荣，赵东元，陈建业有源电力滤波器M.北京：科学出版社，200510 LGyugyi E.C.Strycula. Active ac power filters. in conf. Rec. IEEE Ind,Applicant.Soc, Annu.Meeting,1976,105,29一3511 H.Akagi, Y.Kanazawa, Narnba A. Generalized Theory of the Instantaneous Active and Reactive Power in Three-Phase Circuits, In:IEEE&JIEE. Proceeding IPEC. Tokyo:IEEE,198312 姜齐荣，赵东元，陈建业.有源电力滤波器:结构原理控制M.上海：科学出版 社,2008.13 陈国柱，吕征宇，钱照明.有源电力滤波器的一般原理及应用J.中国电机工程学报，2000，20(9):17-2114 陈仲并联有源电力滤波器使用关键技术的研究D.浙江大学博士毕业论文，2005.815 胡铭，陈巧.有源滤波技术及其应用J.电力系统自化.2000,24(10):667016 韩居华,周晓兰.有源电力滤波器研究综述J.电力情报,1995,6(4):1-317 罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备M.北京：中国电力出版社,200618 李红.电力系统谐波检测的现状与发展J.现代电子技术,2004,4(9):81-8319 王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿M.北京:机械工业出版社，199820 李建林，张仲超关于谐波及无功电流检测方法的综述J电力系统及其自动 化.2000,36(12):56-60 21 李哲英DSP基本理论与应用技术M北京：北京航空航天大学出版社，200222 王磊.有源电力滤波器(APF)的DSP控制策略研究D.杭州:浙江大学,200223 韩安太，刘峙飞，黄海DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用M北京： 清华大学出版社，2003 毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：2.1论文主要研究内容包括以下几个方面 1.对谐波的引起及放大进行分析，并介绍串并联谐振的结构和原理。 2.分析有缘滤波补偿装置及无缘滤波补偿装置的优缺点，最后确定最适合本课题的滤波补偿装置。 3.介绍无缘滤波补偿装置的几种结构和基本原理，对滤波补偿装置进行设计。 4.对晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器来分析设计滤波装置的控制器。 5.设计滤波补偿器的主电路，分析主电路的主要参数的选取和设计方法。 6.对低压滤波补偿器的硬件结构进行了解，在此基础上设计并实现基于DSP控制的软件开发，通过实验证明了该系统的有效性和可行性。2.2具体安排 1.认真研究有关理论知识并查阅大量文献，确定系统的总体设计方案。 2.决定各