基于DSP控制的并联型有源电力滤波器的研究_图文

1、合肥工业大学硕士学位论文基于DSP控制的并联型有源电力滤波器的研究姓名:王英申请学位级别:硕士专业:电力电子与电力传动指导教师:张国荣20090401基于DSP控制的并联型有源电力滤波器的研究摘要随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用于工农业生产和人民生活中。电力电子装置在提高工农业生产效率和人民生活水平的同时,由于其非线性负载的特性,使谐波电流和无功电流大量注入电网,给电网带来了大量的电能质量问题。传统的LC无源电力滤波器由于其存在只能吸收固定频率的谐波,并且容易发生并联谐振的缺点,使得其必将被有源电力滤波器取代。有源电力滤波器的优点是能够实现谐波抑制和无功功率补偿双重

2、功能,并且对谐波频率和幅值都在变化的负载也能进行很好的补偿,这极大的弥补了传统的LC无源电力滤波器的缺陷。本文首先介绍了有源电力滤波器的分类和结构形式、工作原理和主电路的拓扑结构。对基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法进行了深入的研究和分析,针对其存在的不足,提出了一种基于自适应神经网络的谐波电流检测方法。分别建立了三相三线制和三相四线制电容中点式有源电力滤波器的主电路数学模型,在此基础上对适用于不同拓扑的控制策略分别进行了论述和研究。对于三相三线制系统的两种控制策略进行了研究:基于检测负载电流和基于检测直流侧电容电压的控制策略。针对三相四线制系统的特点,采用了基于零序电流分离的检测和控制方法。

3、对文中提出的检测方法和控制策略,均在PSIM和MATLAB软件环境建立了仿真模型,通过仿真验证了其正确性和可行性。最后本文设计了一台基于DSP的样机,在样机上对基于瞬时无功功率理论的检测方法和控制策略进行了实验研究,实验结果证明了理论的正确性。关键词:有源电力滤波器:瞬时无功功率理论;谐波检测;自适应神经网络;控制策略;PSIM建模;MATLAB建模;DSP 3.3三相四线制系统的谐波检测方法三相四线制电路与三相三线制电路的三相电流特性的区别在于三相四线制电路的三相电流中可能含有基波和各次谐波零序分量,而三相三线制电路的三相电流中不含零序分量,只含正序分量和负序分量。目前对三相三线制电力有源滤

4、波器的研究很多,检测和控制方法已经成熟,对于三相四线制,由于中线电流的存在,检测和控制方法相比之下更为复杂。我国目前的电力系统采用三相四线制系统,而且在实际使用时又广泛存在单相电能使用情况,这就不可避免存在三相负载不平衡,需要对三相四线制系统的谐波和负载不平衡进行补偿。传统的瞬时无功功率理论已经不再适用于三相四线制系统,必须对其进行改进。正交的平面口一坐标系,而是含有0轴的三维坐标系,即要在口-p-o坐标系卧吨*。豳卧%圈卅。豳热:二吾(apo变换,】67I-g3(C幽=曩2压21压1压1压(abc变换。甜。、Uc和屯、ic分别为口施坐标系下的相电压和相电流。对于三相三线制系统可以看作材。+U

5、。=0和乞+t=0的条件下的一个特例,此时式(3.14、式(3.15中的U。=0和f0=0。由此可见,-kO四线制系统比三相三线制系统更具有一般性。如前所述,检测三相四线制系统的谐波和无功以及两者之和,可以采用零序功率分离和零线电流分离。本文只讨论采用零线电流分离的方法实现谐波的检测,其原理简述如下。在该方法中,首先求出三相四线制系统中的零序电流,进而求出各相电流的零序分量。然后将零序电流分量从三相电流中去掉,除去零序分量后的三相电流可以利用三相三线制情况下的检侧方法进行检测。本节中所讨论的系统模型如图3-16所示,为非线性电流源性不平衡负载,含有零线电流。为:RL图3.16三相四线系统不平衡

6、负载模型在图3.16所示的三相四线系统,三相电流f。、f。包含的零序分量毛均io=(屯+屯+f。/3将乇从三相电流i。、i6、i。中分离出来,即(3.18(3.19。一2。2一23则艺、e只含有正序和负序分量,并且有+=0。对于e、运用ip、iq运算方式,即可得到电流的基波分量iol,、屯l,、icl,。将负载电流与基波分量相减即可得到含有谐波和零序分量的分量乙、如,作为电流补偿参考指令信号f二、l”bh、已。零线电流i.=屯+ic,将其反极性后作为零线补偿电流指令信号f:,。lab2I口一laIf2|6一lblf2lclclf(320图3.17为采用零线电流分离的指令电流运算电路原理框图,它

7、适用于三相四线制电容中点式的系统。.l吐.Z拍.l庙图3.18是采用零线电流分离法检测谐波仿真波形。仿真时的非线性负载模型如图3.16所示。由仿真结果可以看出,此原理不仅能有效地检测出各相谐波分量,还能补偿三相负载的不平衡,同时可控制零线电流为零。27 在检测负载电流谐波的控制策略中,是以给定电流指令f:与实际的滤波器输出的电流i。的偏差f,作为调制量来确定变流器的开关状态,即有=et(432式中:f:为控制有源电力滤波器输出补偿电流的电流指令信号,f。是滤波器实际输出的补偿电流。若把f,看作系统控制时的误差,而且这种误差不可能被消除,它与开关频率、电路参数、系统电压以及直流侧电压有关。设电源电流的控制误差为f。,即有Ai,=f:-i,(433式中:i:为电源电流控制的电流指令信号,f。为实际测量的系统电流。由于f:=I。一f。=+f:(.34L lL 4lJ2一“2+zc L 。j4J 将式(4.32、式(4.34代入式(4.33可得Ai