有源电力滤波器控制器的研制及其应用毕业设计.docx

1、有源电力滤波器控制器的研制及其应用毕业设计(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)硕士学位论文有源电力滤波器控制器的研制及其应用 Research and Application of Controller in Active Power FilterByZhao Te B.E.(Hunan University)2004A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of engineeringin System Engineering in theGra

2、duate school ofHunan UniversitySupervisorProfessor Luo AnApril, 2007湖南大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。 除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和

3、电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密 ，在 年解密后适用本授权书。2不保密。 (请在以上相应方框内打”) 作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要有源滤波装置在消除电网谐波方面具有独特的优势，因而得到了广泛的应用。本论文以某铜箔厂的谐波治理为背景，以并联混合型有源滤波器（HAPF）的工程实现为主线，研究内容包括有源电力滤波器控制器的硬件设计、谐波检测算法、控制器系统软件设计以及主电路参数设计。同时，该装置的研制成功也将为有源滤波器

4、在国内的早日普及应用奠定理论和技术基础，为高压、大中等功率混合型有源滤波器的工程应用积累经验。本文在有源电力滤波器控制器国内外研究的基础上，提出了一种基于数字信号处理器（DSP）的控制器硬件结构，并对控制器的实时性、可靠性和兼容性作了详细的分析。为满足智能功率模块（IPM）对死区时间的要求，在对电路仿真分析的前提下，论文在控制器硬件中设计了独立的硬件死区延时电路。谐波检测是有源滤波器的一个关键环节，而其中的计算延时和许多谐波检测方法中的低通滤波都会对有源滤波器控制和系统性能造成很大的影响。本文提出了一种基于离散傅立叶变换的滑窗迭代检测算法，该算法能简化计算，实时有效的检测出谐波参考指令电流。论

5、文从频域滤波器的角度在理论上证明了该算法的可行性和有效性。控制器的系统软件设计分为液晶显示菜单程序和控制程序。液晶菜单实现了实时电压电流波形显示、频谱和控制参数显示；控制程序实现了信号采样分析、PWM脉冲调制和触发、控制参数的在线修改等功能。论文详细阐述了程序设计思想和实现过程。论文结合有源电力滤波器控制器在江西某铜箔厂的应用实例，详细说明了系统拓扑结构、主电路设计、元件参数设计和输出滤波器设计，并给出了现场应用效果。关键词：有源电力滤波器，DSP，谐波检测，滑窗迭代AbstractAPF (Active Power Filer) has been extensively applied in

6、 harmonic eliminating of power network. Taking the harmonic elimination of a Copper Foil Company as object of study, the thesis is focused on the application of HAPF (Hybrid Active Power Filter) and expands the hardware design of controller, harmonic detection methods and software design of controll

7、er, as well as parameter design. The research of HAPF will also build solid base for its universal application in our country, and accumulate experience for its high-voltage and high-power application.The hardware structure of APF controller based on DSP (Digital Signal processor) has been presented

8、, referring to the research achievement inland and aboard. The real-time performance and reliability, as well as compatibility of controller have been analyzed in detail. In order to meet the requirement of dead-time that IPM (Intelligence power module) demands, independent hardware circuit for gene

9、rating dead-time is designed in this thesis.Harmonic detection is a very important part of APF. Control strategy and performance of APF will be greatly influenced by calculation delay and low-pass filter in many harmonic detection methods. Then an algorithm based on a simplified sliding-window Fouri

10、er is presented in this thesis, which makes calculation of harmonic current in APF simply and detects referenced current effectively. And then, the effectivity and feasibility of this algorithm have been proved in the theory of frequency-domain filter.The software design of controller is divided int

11、o menu program and control program. The menu program is composed of the display about real-time voltage wave, current wave, spectrum and control variable; the control program includes the sampling and signal analysis, the modulation and triggering of signal and the modification of control variable.

12、At last, the thought and realization of system program are formulated in this thesis.With the appliance of HAPF in Jiang Xi Copper Foil Company, the system topology structure, main circuit design, parameters computation and output filter design are discussed. Furthermore, the feasibility of this equ

13、ipment has been validated by applying effectiveness.Keywords: active power filter, digital signal processing, harmonic detection, sliding-window Fourier.学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 I摘 要 IIAbstract III第1章 绪 论 11.1 电力系统谐波 11.1.1 电力系统谐波产生的原因 11.1.2 电力系统谐波危害 21.1.3 电力系统谐波研究现状 41.2 电力系统谐波治理方法 51.3 有源电力滤波器的发展现状

14、 61.4 有源电力滤波器控制器的技术特点 91.5 本文的研究背景及主要内容 11第2章 有源电力滤波器控制器硬件研制 122.1 基于DSP的控制器系统硬件结构 122.1.1 主处理器模块介绍 122.1.2 采样电路模块的设计 162.1.3硬件倍频电路模块的设计 172.1.4 串行通信接口电路的设计 192.1.5 脉冲触发电路及IPM模块驱动电路设计 192.1.6 液晶显示和矩阵键盘电路设计 222.2 基于DSP的控制器PCB制板注意事项 232.3 本章小结 24第3章 谐波实时电流检测方法及DSP实现 253.1 常用谐波检测算法 253.2简化的DFT滑窗迭代算法 27

15、3.2.1傅立叶变换基础 273.2.2 DFT频域滤波器原理分析 283.2.3 DFT滑窗迭代算法时域实现 313.2.4 DFT滑窗迭代算法的软件实现 333.3 本章小结 36第4章 有源电力滤波控制器系统软件设计 374.1 系统软件开发环境及前期数据格式设计 374.1.1 DSP开发环境程序开发流程 374.1.2 数据格式的设定 384.2 监控模块软件设计 394.2.1 键盘控制程序设计 404.2.2 液晶显示菜单程序设计 414.2.3 液晶菜单界面模块设计 444.3 PWM信号调制程序设计 474.4 PI控制程序设计 514.5 主程序及中断程序的设计 524.6 本章小结 55第5章 有源电力滤波器的工程应用 565.1 工程项目的背景介绍 565.2 工程项目方案设计 575.2.1 串联谐振注入式HAPF补偿方案介绍 585.2.2 无源支路参数和容量设计 595.2.3 输出滤波器和耦合变压器设计 615.2.4 逆变电路的设计 635.3 串联谐振注入式HAPF的工程应用 645.3.1 高压开关柜、无源支路和隔离变压器 655.3.2 有源逆变屏及有源逆变控制器 655.3.3 有源输出屏 665.3.4 现场应用效果 665.4 本章小结 67总结与展望 68参考文献 7