【正文】 碩士學(xué)位論文 有源電力濾波器控制器的研制及其應(yīng)用 Research and Application of Controller in Active Power Filter By Zhao Te .(Hunan University)2020 A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of engineering in System Engineering in the Graduate school of Hunan University Supervisor Professor Luo An April, 2020碩士學(xué)位論文 I 湖 南 大 學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 １．保密□ ，在 年解密后適用本授權(quán)書(shū)。 2．不保密□。 (請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打 ”√ ”) 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 有源電力濾波器控制器的研制及其應(yīng)用 II 摘 要 有源濾波裝置在消除電網(wǎng)諧波方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。本論文 以某銅箔廠的諧波治理為背景，以并聯(lián) 混合 型 有源濾波器 （ HAPF）的工程實(shí)現(xiàn)為主線 ， 研究?jī)?nèi)容包括有源電力濾波器控制器的硬件設(shè)計(jì)、諧波檢測(cè)算法、控制器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以及主電路參數(shù)設(shè)計(jì)。 同時(shí)，該裝置的研制成功也將為有源濾波器在國(guó)內(nèi)的早日普及應(yīng)用奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)，為高壓、大中等功率混合型有源濾波器的工程應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。 本文在有源電力濾波器控制器國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上 ，提出了一種基于數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）的控制器硬件結(jié)構(gòu)，并對(duì)控制器的實(shí)時(shí)性、可靠性和 兼容 性 作了詳細(xì)的分析。為滿足智能功率模塊（ IPM）對(duì)死區(qū)時(shí)間的要求，在對(duì)電路仿真分析的前提下，論文在控制器硬件中設(shè)計(jì)了獨(dú)立的硬件死區(qū)延時(shí)電路。 諧波檢測(cè)是有源濾波器的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而其中的計(jì)算延時(shí)和許多諧波檢測(cè)方法中的低通濾波都會(huì)對(duì)有源濾波器控制和系統(tǒng)性能造成很大的影響。 本文提出了一種基于離散傅立葉變換的滑窗迭代檢測(cè)算法，該算法能簡(jiǎn)化計(jì)算，實(shí)時(shí)有效的檢測(cè)出諧波參考指令電流。論文從頻域?yàn)V波器的角度在理論上證明了該算法的可行性 和有效性。 控制器的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為液晶顯示菜單程序和控制程序。 液晶菜單實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)電壓電流波形顯示、頻譜和控制參數(shù)顯示；控制程序?qū)崿F(xiàn)了信號(hào)采樣分析、PWM 脈沖調(diào)制和 觸發(fā) 、控制參數(shù)的在線修改等功能。論文詳細(xì)闡述了程序設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 論文結(jié)合有源電力濾波器控制器在江西某銅箔廠的應(yīng)用實(shí)例，詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、主電路設(shè)計(jì)、元件參數(shù)設(shè)計(jì)和輸出濾波器設(shè)計(jì)，并給出了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。 關(guān)鍵詞：有源電力濾波器， DSP， 諧波檢測(cè) ， 滑窗迭代 碩士學(xué)位論文 III Abstract APF (Active Power Filer) has been extensively applied in harmonic eliminating of power work. 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 controller, 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 highvoltage and highpower application. The hardware structure of APF controller based on DSP (Digital Signal processor) has been presented, referring to the research achievement inland and aboard. The realtime performance and reliability, as well as patibility of controller have been analyzed in detail. In order to meet the requirement of deadtime that IPM (Intelligence power module) demands, independent hardware circuit for generating deadtime 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 lowpass filter in many harmonic detection methods. Then an algorithm based on a simplified slidingwindow Fourier 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 frequencydomain filter. The software design of controller is divided into menu program and control program. The menu program is posed of the display about realtime 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. 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 putation and output filter design are discussed. Furthermore, the feasibility of this equipment has been validated by applying effectiveness. Keywords: active power filter, digital signal processing, harmonic detection, slidingwindow Fourier. 有源電力濾波器控制器的研制及其應(yīng)用 IV 目 錄 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) ......................................................... II 摘 要 ....................................................................................................................................... II Abstract ...................................................................................................................................III 第 1 章 緒 論 ........................................................................................................................ 1 電力系統(tǒng)諧波 .............................................................................................................. 1 電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因 ................................................................................. 1 電力系統(tǒng)諧波危害 .............................................................................................. 2 電力系統(tǒng)諧波研究現(xiàn)狀 ..................................................................................... 4 電力系統(tǒng)諧波治理方法 ............................................................................................. 5 有源電力濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 ..................................................................................... 6 有源電力濾波器控制器的技術(shù)特點(diǎn) ........................................................................ 9 本文的研究背景及主要內(nèi)容 ................................................................................... 11 第 2 章 有源電力濾波器控制器硬件研制 ...................................................................... 12 基于 DSP 的控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ......................................................................... 12 主處理器模塊介紹 ............................................................................................ 12 采樣電路模塊的設(shè)計(jì) ........................................................................................ 16 硬件倍頻電路模塊的設(shè)計(jì) .......................