【正文】 ........................................................... 56 工程項目方案設(shè)計 .................................................................................................... 57 串聯(lián)諧振注入式 HAPF 補償方案介紹 ......................................................... 58 無源支路參數(shù)和容量設(shè)計 ............................................................................... 59 輸出濾波器和耦合變壓器設(shè)計 ...................................................................... 61 逆變電路的設(shè)計 ................................................................................................ 63 串聯(lián)諧振注入式 HAPF 的工程應(yīng)用 ...................................................................... 64 高壓開關(guān)柜、無源支路和隔離變壓器 ......................................................... 65 有源逆變屏及有源逆變控制器 ...................................................................... 65 有源輸出屏 ......................................................................................................... 66 現(xiàn)場應(yīng)用效果 ..................................................................................................... 66 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 67 總結(jié)與展望 ............................................................................................................................ 68 參考文獻 ................................................................................................................................. 70 附錄 A 攻讀學(xué)位期間獲得的研究成果 ........................................................................... 75 附錄 B 控制系統(tǒng)原理圖 ..................................................................................................... 76 附錄 C S1D1335 內(nèi)置字符代碼表 .................................................................................... 84 致 謝 ..................................................................................................................................... 85 碩士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒 論 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，一方面企業(yè)對用電質(zhì)量要求越來越高，另一方面電力電子裝置的大量應(yīng)用，工業(yè)電網(wǎng)中非線性負載越來越多，嚴重影響了工業(yè)用電的質(zhì)量，這二者形成嚴重的矛盾，使得諧波問題引起人們越來越多的關(guān)注。 諧波檢測是有源濾波器的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而其中的計算延時和許多諧波檢測方法中的低通濾波都會對有源濾波器控制和系統(tǒng)性能造成很大的影響。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)庫進行檢索，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。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 同時，該裝置的研制成功也將為有源濾波器在國內(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。論文詳細闡述了程序設(shè)計思想和實現(xiàn)過程。一般來說，一個實際的電力系統(tǒng)基本上能滿足理想電力系統(tǒng)的條件。 發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電 機 也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。其中主要是 2 次 諧波和 7 次諧波。由于電容器的容抗與頻率成反比，因此在諧波 電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多，從而使諧波電流的波形畸變更比諧波電壓的波形畸變大得多，即便電壓中諧波所占的比例不大，也會產(chǎn)生顯著的諧波電流。碩士學(xué)位論文 3 在電纜輸電的情況下，諧波電壓以正比于其幅值電壓的形式增強了介質(zhì)的電場強度，這影響了電纜的使用壽命，據(jù)有關(guān)資料介紹，諧波的影響將使電纜的使用壽命平均下降約 60％。諧波對過電流、欠電壓、距離、周波等繼電器均會起拒動和誤動的影響，保護裝置失靈和動作不穩(wěn)定。 （ 8）延緩電弧熄滅。當(dāng)時最有影響的是 Rissik 《 The Mercury Arc Current Converter》[15]，另一篇有關(guān)靜止變流器產(chǎn)生諧波的經(jīng)典論文是 Read J. 1945 年發(fā)表的《 The Calculation of Rectifier and Converter Performance Characteristics》 [ 16]，至今仍被研究者廣泛引用。此外，唐統(tǒng)一等和容健綱等分別于 1991 年和 1994 年獨立翻譯了 Arrilaga 《電力系統(tǒng)諧波》 [5][6]，也在國內(nèi)有較大的影響。我國原水利電力部于 1984 年根據(jù)原國家經(jīng)濟委員會批轉(zhuǎn)的《全國供電用電規(guī)則》的規(guī)定，制定并發(fā)布了 SD12684《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》[19]。將諧波源由較大容量的供電點或由高一級電壓的電網(wǎng)供電，可以減小諧波對系統(tǒng)和其它用電設(shè)備的影響，這必須在電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計階段考慮。改造變流裝置或利用相互間有一定移相角的換流變壓器，可有效減小諧波含量，其中包括多脈整流和準(zhǔn)多脈整流技術(shù)[23][ 24]，但是裝置更加復(fù)雜。 （ 5）采用 PWM 技術(shù)。 （ 3）采用混合型有源濾波器 HAPF（ Hybrid Active Power Filter）。這些采用 PWM 逆變器構(gòu)成的有源電力濾波電路現(xiàn)已成為有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)。 根據(jù)有源濾波器和電網(wǎng)的連接方式， APF 可以分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩大類。但由于流過無源部分的基波電流都流入逆變器，所以不能利用 PF 提供大容量的無功功率。在串聯(lián)型 APF 單獨使用方式基礎(chǔ)上發(fā)展出的串聯(lián)型 APF 混合型結(jié)構(gòu) [37, 38]，也都同樣存在絕緣強度高和難以適應(yīng)線路故障的缺點，本文在此就不一一闡述了。要滿足控制器響應(yīng)速度快的要求，這就要從硬件和軟件上綜合考慮，硬件上要選用處理速度快的處理器，現(xiàn)今的 DSP 芯片最高主頻可以達到 150MHz 的速度，這里所講的芯片側(cè)重控制芯片而不是通常意義的偏重 于 計算的芯片；軟件上要選用時間效率高的算法，在有源電力濾波器中，關(guān)鍵是 設(shè)計 諧波檢測算法和控制算法，這兩個算法是控制器的核心部分。至于界面的設(shè)計它又是多樣化的，可操作性和便于理解的使用性 是最先考慮的。本章先比較了一些常用 的諧波檢測算法，然后根據(jù)實際的工程需要提出了一種基于 DFT 滑窗迭代算法的諧波檢測算法，分析算法的機理，給出了仿真波形，并設(shè)計程序流程，最后是 DSP 的實現(xiàn)。 單片機在工業(yè)控制方面有廣泛的應(yīng)用，以往的控制器都是用單片機來實現(xiàn)的，它的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，缺點是處理速度不夠快，控制的實時性不能滿足要求。 主處理器模塊介紹 TI（ Texas Instruments）公司的 TMS320LF240X 系列 DSP 控制器是在 24X 的基礎(chǔ)上低功耗改進型，它是為了滿足控制應(yīng)用而設(shè)計的。 2407A 采用四級流水線深度，也就是說，處理器可以并行處理四條指令，每條指令處于流水線的不同階段 [40]。由此可見，對于運算較 C O T R O L D A T A A D D R E S S T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A / D 1 4 位 精 度A / D 采 樣 電路擴 展 R A M6 1 L V 1 2 8 1 6 LL C D鎖 相 環(huán)電 路1 6 路 1 0位 片 上A / D硬 件 脈沖 互 鎖6 路 P W M輸 出擴 展 輸入 口擴 展 輸出 口J T A G2 3 矩陣 鍵 盤F 口P W M脈 沖上 位 機驅(qū) 動 電路I G B T 模塊ai aubici bucu 有源電力濾波器控制器的研制及其應(yīng)用 14 復(fù)雜的算法， DSP 的速度比微處理器快很多。 F L A S H / R O M可 達 3 2 K 字 1 6 位 事 件 管 理 器（ E V A 和E V B )S P I S C I C A N W DA D C控 制中 斷 、復(fù) 位 等I / O 寄 存器A D CP B U S ( I F )2 X X C P U + J T A G+ 5 4 4 字 1 6 D A R A MS A R A M可 達 2 K 字 1 6 位邏 輯( I F )P B U S綜 合 的 A S I C 門P L L 碩士學(xué)位論文 15 內(nèi)部鎖相環(huán) PLL 環(huán)路濾波電路參數(shù)設(shè)計 2407A 內(nèi)部的 PLL 模塊使用外部濾波器回路來抑制信號抖動和電磁干擾，使抖動信號和干擾影響最小。首先， +5V 電源的得到一般可通過外部開關(guān)電源X T A L 1 / C L K I NX T A L 2P L L FP L L F 2X T A LO S CF i nC L K O U TP L LP L L 選 擇( S C S R . [ 1 1 : 9 ] )晶 振R1C1C2 有源電力濾波器控制器的研制及其應(yīng)用 16 或者交 流 220V 單相電經(jīng)變壓器、橋式整流后再經(jīng)過電容、電感濾波得到。43256785 0 181。 MAXl25 數(shù)據(jù)、地址線通過總線隔離驅(qū)動芯片 74HC245 與 2407A 的數(shù)據(jù)線連接 ，片選信號通過74HC138 譯碼器得到，啟動信號通過硬件倍頻電路得到，將在下一節(jié)具體介紹硬件倍頻電路。 本文采用的 PLL 器件型號為 CD4046BE，內(nèi)部由一個 VCO 和鑒相器組成 ，只需在外部設(shè)計 VCO 振蕩參數(shù)鑒 相 器 環(huán) 路 濾 波 器V C O 分 頻 器 1 / NP L L 電 路輸 出輸 入 信 號數(shù) 字 設(shè) 定可 編 程 分 頻 器 有源電力濾波器控制器的研制及其應(yīng)用 18 R R C1 和環(huán)路濾波器參數(shù) R C2 即可，它的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)如圖 所示。 硬件倍頻電路模塊的設(shè)計 鎖相環(huán)（ PLL， Phase Locked Loop）電路是用于生成與輸入信號相位同步的新的信號電路。 F＋＋ RS+ 5 V 3 . 3 VT P S 7 3 3 3 QC1C2 碩士學(xué)位論文 17 雖然 2407A 內(nèi)部帶有 16 路 10 位精度的片上 A/D 模塊， 但該模塊存在以下缺點 ：只能接收 0~ 的單極性信號輸入，對于交流信號需要另外設(shè)計限幅抬壓電路；同一排序器內(nèi)各通道串?dāng)_嚴重； 10 位的轉(zhuǎn)換精度難以滿足高性能系統(tǒng)的要求。 圖 中的電容 C1 和 C2 分別用來消除紋波和穩(wěn)壓的作用。濾波器回路的元件為 R1， C1 和 C2，電容 C1 和 C2 必須是無極性的。 MACD 指令是專門為數(shù)字信號處理中大量使用的乘加運算而設(shè)計的與 MAC指 令類似，在對于片內(nèi) RAM 控制進行操作，且使用