——-5-—10kVA有源電力濾波器設(shè)計摘要現(xiàn)如今，電力電子技術(shù)一直在向前發(fā)展并且穩(wěn)步進步，當代社會人們的工作和生活越來越便捷，在這個時候，因為電力電子技術(shù)被大面積地使用，所以用電的質(zhì)量問題出現(xiàn)的也越來越多，越來越嚴重，許多的不同次數(shù)的諧波被注入到了電網(wǎng)中。而且諧波的污染既可能會大幅度地增加裝置的損失，而且非?？赡軙艽蟪潭壬系販p少裝備的使用時間。不但深深地傷害到了電網(wǎng)，同時還大幅度地增加了用戶的日常使用成本。為了盡可能地減少這種趨向于不好方向的影響，電力濾除波形儀器便開始出現(xiàn)。一開始的電感電容濾波器完不成過濾除掉一個改變的諧波的任務(wù)而且很容易引起共同振動，有源電力濾波器去除了之前上面提到的缺點，具有良好的動態(tài)性能，在這個時候，還可以避免發(fā)生諧振。就是這樣有源電力濾波器就取得到了挺高的關(guān)注度，并吸引越來越多的在這一領(lǐng)域很厲害的人去研究，為提高用電品質(zhì)提供了新的途徑。這篇文章把并聯(lián)鏈接的電壓式的有源電力濾波儀器當成地位很高的探究目標，很認真地對這種濾波器的運行原理理論進行了表明,檢測指令電流的那部分和跟蹤控制補償電流的那部分分別成為了有源濾波器的兩個地位很高的模塊。以瞬時無功功率為基本方式的ip-iq檢測算法的技術(shù)用到的領(lǐng)域面積比較廣而且比較大，因為這樣，我的這篇文章就特地選擇的是這種ip-iq指令電流檢測算法。在跟蹤控制補償電流這個方面，我選擇的是無差拍跟蹤控制的方法。毫不夸張的說，并聯(lián)有源電力濾波器本身就有很大的天賦和不錯的特點。借由電感，有源電力濾波器才和電網(wǎng)之間進行嚴密的鏈接，重要的接觸，就是因為這樣，在生成PWM信號的過程中我們才可以不費吹灰之力地看到，在那個過程中會有一個數(shù)學中的微分方程存在，求解這個微分方程可是不簡單啊，所以就想到了無差拍跟蹤控制預(yù)測方法，把微分方程進行分散，最后可以憑借下一時間點發(fā)射的電流指令求解出這個方程。把上面說的兩種相關(guān)理論知識的實際研究果實可作為理論媒介,這篇文章會把用瞬時無功功率為基本的ip-iq檢測這種算法當成是抓住電子流動的方法。對補償電子流東的跟蹤控制是靠誤差拍控制實現(xiàn)的。就這樣一套10kVA的有源電力濾波器系統(tǒng)的裝配就大功告成了。這篇文章最最重要的內(nèi)容是對于系統(tǒng)主要核心主控制電路的加工，并且用DSP(TMS320F2812)芯片作為核心設(shè)計了系統(tǒng)的硬件和軟件的制作計劃。除了這些以外還全方位地運用了MATLAB軟件設(shè)計建造了系統(tǒng)工程模仿真實情況的虛擬模型,仿真模擬結(jié)果顯示本系統(tǒng)工程所采用的檢測和控制方法對系統(tǒng)諧波和無功電流進行補償后，系統(tǒng)非常順利地處理著自身的活動。關(guān)鍵詞：有源電力濾波器；ip?i目錄TOC\o"1-3"\h\u675摘要 I4439Abstract II105781前言 258981.1電能質(zhì)量的現(xiàn)狀 2263911.2電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生及其影響 2155521.3諧波治理方法的研究 3302171.4有源電力濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 3144211.4.1APF諧波檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 441351.4.2APF控制策略的發(fā)展現(xiàn)狀 6125421.5本文研究內(nèi)容 621142.1有源電力濾波器的基本原理 7320102.2有源電力濾波器的分類 8305022.2.1按主電路結(jié)構(gòu)分類 8263462.2.2按接入電網(wǎng)的連接方式分類 918002.3本章小結(jié) 12315783基于TSM320F2812DSP的有源電力濾波器的設(shè)計 13306103.1有源電力濾波器的控制電路的設(shè)計 14127583.2信號采樣及調(diào)理電路 1417803.2.1電壓信號同步及鎖相倍頻電路 1525053.2.2電流信號采樣調(diào)理電路 1643313.2.3主電路直流側(cè)電容電壓采樣電路 17189633.2.4驅(qū)動電路的設(shè)計 18313933.3主電路的設(shè)計 18158313.3.1主電路的容量的設(shè)計 18314293.3.3進線電感值的確定 19247593.3.4開關(guān)器件的選取 2018873.3.5直流側(cè)電壓的控制 20158403.4系統(tǒng)軟件設(shè)計 21161573.5本章小結(jié) 2383484系統(tǒng)仿真與分析 2546524.1系統(tǒng)仿真的總圖 25272014.2直流側(cè)電壓的PI控制 26202014.3指令電流檢測仿真 27165564.4本章小結(jié) 2863685總結(jié)與展望 298636參考文獻 301前言電力能源可以說是世界上應(yīng)用最多和范圍最廣的能源,而且是一種不會對環(huán)境產(chǎn)生任何污染的能源，電力能源在我國經(jīng)濟社會中的發(fā)展水平有效地反應(yīng)著一個大國的經(jīng)濟社會發(fā)展程度和發(fā)達級別。我國采取了多種方法來充分融入客戶的需求，給工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者帶來了一系列便利。但是，這種包含其他電源或其他電子組件的機械設(shè)備在連接到系統(tǒng)軟件后，可能會對整個電源系統(tǒng)軟件造成很多不好的影響。1.1電能質(zhì)量的現(xiàn)狀在處于理想狀態(tài)下的三相交流電網(wǎng)之內(nèi)，正是由于大量的電力電子裝置涌入到三相電網(wǎng)之中，每一項連接的負載都發(fā)生了改變，這就使得原本是幅值和頻率都相等，每一項相差120度的三相交流電壓它的波形發(fā)生了畸變并造成了不對稱的現(xiàn)象，即解決電能設(shè)備質(zhì)量保障方面的重大問題。在我們進入現(xiàn)代工業(yè)社會的日常生活中,電力和微機械制造技術(shù)的不斷進步和快速發(fā)展為改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)工作和日常生活方式提供了便捷的與此同時，電力和微機械制造技術(shù)的廣泛普及運用也直接導(dǎo)致了有關(guān)電能生產(chǎn)質(zhì)量能否提高的重大問題越來越多。在有不是屬于線性關(guān)系的負荷如電感電容等和電網(wǎng)合并之后，這些不是線性關(guān)系的負載在開工時就會產(chǎn)生許許多多不同次數(shù)的諧波和做無功的電壓、電流，而我國現(xiàn)如今使用的電力電子裝備中都含有這種類型的負荷。此時供電設(shè)備被自動并入到電網(wǎng)之后，它就會因此導(dǎo)致畸變使得并入電網(wǎng)后的工作狀態(tài)下的電壓、工作電流等等都會因而產(chǎn)生畸變，降低了并入非線性負載后電網(wǎng)的能源利用率，不僅對并入的電網(wǎng)造成危害很大，同時還可能會致使并入的電網(wǎng)及其用戶的設(shè)備使用維護成本大幅度地提高。由此可見，如何有效解決當前我國提高電能質(zhì)量的重大問題依然是非常緊急的。1.2電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生及其影響在理想的形式之下,電網(wǎng)中的輸出電壓、輸入和電流波形可以被稱為符合數(shù)學規(guī)律的正弦型波形,這種情況的確定和成立主要是基于將電網(wǎng)負荷被替換為純阻性負荷的條件下。在我們的多種多樣的輕重工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種大功率電腦、軋鋼機、整流器以及我們的日常生活中各種計算機電腦、電視機、電磁爐等都是和非線性的負荷屬于同一種范疇之中,電網(wǎng)中的工作狀態(tài)下的電壓、電流的正弦波波形就會變得雜亂，毫無規(guī)則，這都是因為電網(wǎng)中存在著非線性裝置的緣故。許多的非線性負荷在它們正常開工的過程就會不斷地產(chǎn)生的非線性諧波標記，電網(wǎng)就會被動接受這些諧波標記中,從而使電網(wǎng)的環(huán)境變得污濁不堪，在此種情況下當一個用電裝置將設(shè)備連接到不純凈的電網(wǎng)中又可能會對該設(shè)備產(chǎn)生較大的負面影響,甚至無法正常運行。對于諧波所可能會讓我們失去的東西,下面我們分為幾個方面來進行說明。在理想的情況下,電網(wǎng)中的輸出電壓、輸入和電流波形可以稱為規(guī)律的正弦波,這種情況的確定和成立主要是基于將電網(wǎng)負載轉(zhuǎn)換為純阻性負載的條件下。但是在我們的現(xiàn)代生活中,用電設(shè)備往往不僅僅屬于純線性的負載,在我們的工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種大功率計算機、軋鋼機、整流器以及我們的日常生活中各種計算機電腦、電視機、電磁爐等都被歸入到非線性的負載范疇之中,電網(wǎng)中的工作狀態(tài)下的電壓、電流的正弦波波形就會變得雜亂，毫無規(guī)則，這都是因為電網(wǎng)中存在著非線性裝置的緣故。許多的非線性負載在它們工作的過程就會不斷地產(chǎn)生的非線性諧波，電網(wǎng)就會被動接受這些諧波中,從而污染了電網(wǎng)的環(huán)境，在此種情況下當一個用電裝置將設(shè)備連接到不純凈的電網(wǎng)中又可能會對該設(shè)備產(chǎn)生較大的影響,甚至無法正常運行。比如說當一臺電機被接入一個含有很多諧波的電網(wǎng)里時會導(dǎo)致電機運行時發(fā)生劇烈的震動,從而降低了電機的壽命。對于諧波所可能產(chǎn)生的損失,下面我們分為幾個方面來進行說明：第一是使得輸送線路因為溫度太高而發(fā)生了故障。第二對于一些用電裝置來說,當這些設(shè)備被連接到一個存在較大頻率諧波的電網(wǎng)中時,就會導(dǎo)致一些用電裝置比如一臺電動機產(chǎn)生劇烈的震動,影響到這些設(shè)備的正常使用壽命。同時也會大大減少了電能的綜合利用效果。1.3諧波治理方法的研究前面內(nèi)容就很簡要地介紹了諧波的形成和產(chǎn)生及其在電子工業(yè)的生產(chǎn)和日常使用中所存在的幾個危害。本章部分主要向大家詳細介紹了諧波的幾種治理手段,簡單地說一下諧波治理的解決辦法,我們將諧波治理的解決辦法大致分為三種:自覺性治理、受端化治理、不自覺性治理。下面我們就此三種模式進行簡單介紹：一、采用主動治理的方式:這種治理的方式導(dǎo)致諧波被消除在根本處；二、接受端治理的方式:此次治理的方案主要是指使用的電子設(shè)備能夠在一個電網(wǎng)產(chǎn)生諧波的條件下還能夠正常地運行,使設(shè)備的工作性能不被任何電網(wǎng)產(chǎn)生諧波所破壞。比如說當一個電網(wǎng)中有大量的諧波,就會在用電裝置附近增加無源濾波器以減少諧波對用電裝置的干擾,提高了該系統(tǒng)本身的抵御能力和抗干擾性。三、被動治理的方式:該治理的方法就是在電網(wǎng)中加入了一些元器件來達到治理的目的。1.4有源電力濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀在那個APF還正處于一個理論探究階段的時期,它并沒有投入到實際的使用之中，由于當時時代的落后。后來實際的電路圖畫了出來,使得它們的成本與消耗都得到了降低，之后的研究就被放到一邊了。在1980年之后，APF系統(tǒng)關(guān)于諧波信號觀測技術(shù)上應(yīng)用到了由日本人最先提出的"三相電流瞬時無功功率理論"并通過考驗后,大幅度地推動了APF的技術(shù)的向前進步和研究的過程,真正地使得APF被投入到實踐之中。目前美國、德國、日本等對于有源濾波技術(shù)探究比較靠前，與西方發(fā)達國家相比，我們的電力和電子產(chǎn)品也開始晚了，仍與其他國家相距很遠,20世紀90年代后,多項關(guān)于電能質(zhì)量的要求在我國頒布，對我國改善電能質(zhì)量水平有著非常大的促動作用。無論該領(lǐng)域的領(lǐng)頭團隊怎樣探究,每種諧波檢測方式均存在著不同的程度的拖延時間的情況,有些檢測方式也存在著許許多多不對的地方和允許使用的方面。正式由于這樣，好的觀察測算方式仍被認為是APF研究的一個地位特別高的東西。1.4.1APF諧波檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀到現(xiàn)在為止，諧波信號觀察測測算計算方式研究歷程包括以下幾個主要種類[12]:（未全部列出）模擬濾波器法：一開始就被特別大面積地使用的就要屬模擬濾波器了，它的處理方式主要是采用模擬過濾波形的原理[13]，這類濾除波形的方法在檢測電網(wǎng)頻率時所做的功效相對較低，所以僅僅只能濾除諧除波形信號中含量相對沒有太多時的信息，與此同時，我們在使用這種器件時會浪費掉特別多的電能，由于這個期間的不環(huán)保性?；诟道锶~變換的諧波分析法：這種電子濾波處理方法的主要技術(shù)優(yōu)點之一就是對于各次單元分析的特別準，但使無論是在測算過程，還是實際的操作流程之中，操作都很繁瑣，要求很高?；谒矔r無功功率的諧波分析法：瞬時無功功率方法最先出現(xiàn)在20世紀80年代，它是由科學家家HirofumiAkagi所提出的，該瞬時無功功率諧波分辨方法首先表明了平均數(shù)值的實際想法，極大程度地促進和有效推動了APF相關(guān)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展研究步伐和應(yīng)用進程,也是目前在現(xiàn)代電子電路工程中可以得到的技術(shù)應(yīng)用范圍最大的一種瞬時性檢測技術(shù)[17]?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波分析法：這種測算分析的方法被稱為一種特別新穎的統(tǒng)計分析方法。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)操作的基本理論標準，它具有很強的學習能力[18]，并在計算機視覺和圖像處理技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性的進展和發(fā)展趨勢?；谛〔ㄗ儞Q的諧波分析法：這種變換的理論基礎(chǔ)是傅立葉變換。與傅立葉變換不同，它僅在頻域中具有存在特征。它的特性可以在許多技術(shù)專業(yè)和領(lǐng)域中廣泛使用，并且具有很高的科學研究價值，使用價值。小波變換的這一技術(shù)特性在頻域和頻域均具有出色的亮點，由于基波電流的獨特性,所以能夠在小波變換的過程中速度特別快，結(jié)果正確率也比較高的成分。1.4.2APF控制策略的發(fā)展現(xiàn)狀由于APF系統(tǒng)軟件在滿足實時性能的基本要求方面相對較高，因此通過對一次諧波電流檢測的優(yōu)化算法的計算獲得準確的諧波后，其控制對策能否遵循命令電流就補充的實際效果而言，這點特別重要。1.5本文研究內(nèi)容我的這篇論文對有源電力濾波器的主要開工時的原理以及其特別重要的類別做了主要研究。第一章是概括地介紹了我國電能質(zhì)量的現(xiàn)狀，各類諧波可能產(chǎn)生的主要原因和影響以及各類諧波在人們的日常生活中所存在的危害，簡單介紹了數(shù)字有源濾波器發(fā)展趨勢的全過程。深入討論了APF諧波檢測的技術(shù)及其控制方法。第二部分本文首先簡單地介紹了有源電力濾波器的基本工作和原理,隨后，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)拓撲定義并分類了數(shù)字電源濾波器,詳細地介紹了有源電力濾波器。第三章主要是介紹有源電力濾波器系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計,從該系統(tǒng)中最重要的核心控制單元到各路的采樣和調(diào)理電路都做了詳盡的分析和設(shè)計。并且詳細地介紹了該系統(tǒng)在軟件方面的設(shè)計部分。第四章主要使用MATLAB軟件對有源電力濾波器的系統(tǒng)整體功能系統(tǒng)設(shè)計模型結(jié)構(gòu)進行模擬仿真,并對模型仿真后的實驗結(jié)果和統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析進行了綜合分析和驗證。第五章對本設(shè)計及論文進行總結(jié)。

2有源電力濾波器的原理及分類有源電力濾波器(APF)系統(tǒng)是一種用于能夠?qū)崟r性地對電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波信號進行實時補償?shù)男滦陀性措娏υO(shè)備處理裝置,它可以實時自動跟蹤和處理補償電網(wǎng)諧波[20]。與傳統(tǒng)的無源濾波器相比，它具有更強的實用性，并且不方便諧波引起串聯(lián)諧振。隨著有源電力濾波器的逐步改進和發(fā)展趨勢，有源電力濾波器的各種網(wǎng)絡(luò)拓撲也已經(jīng)得到了技術(shù)開發(fā)和改進。2.1有源電力濾波器的基本原理有源直流電源濾波器的系統(tǒng)基礎(chǔ)的構(gòu)成組件，原理設(shè)計框架圖如圖2-1所示。從原理框架圖中，您可以清楚地看到有源濾波器由四個絕對元素組成。濾波器由以下部分組成：命令電流計算的一部分，補償電流跟蹤控制的一部分，驅(qū)動電路的一部分和主控制回路。圖2-1有源電力濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成原理結(jié)構(gòu)框圖在這里我們選用的是有源電力濾波器僅對電流諧波源和電流信號進行諧波補償操作為主要例子。我們把諧波源特地選成是非線性的負荷，根據(jù)圖中箭頭符號的提示，您可以清楚地看到有源濾波器在正常的電源電路工作狀態(tài)下。通常，必須首先從線性諧波源的外圍檢測并獲取諧波或無功功率電流，作為用于諧波檢查的命令電流。隨后，將命令電流數(shù)據(jù)信號作為總體目標來驅(qū)動驅(qū)動器操縱數(shù)據(jù)信號，并且從主驅(qū)動器的命令電流跟蹤控制回路控制模塊并將其轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制（PWM）這樣的一系列的可操控的數(shù)據(jù)信號。其表達式定義為:isiLiCis式中：is——諧波的總電流iL——電流iC——儀器自動iLfiLh——其他級別諧波的我們在公式(2-3)中不難看出，諧波源產(chǎn)生的電流的相反值就是儀器產(chǎn)生的用于補償?shù)碾娏鳌．斎淮藭r若是有源電力濾波器單獨工作時需要同時進行補償無功電流和諧波信號時,此時我們只需要對指令電流的檢測控制算法略微做一些小的改變,此時所有檢測接收到的無功電流和諧波信號便被用來作為指令電流。2.2有源電力濾波器的不同類別下面的主體內(nèi)容是有源電力濾波器類型的劃分，主電路的結(jié)構(gòu)特性不同，并且在連接到電網(wǎng)時的應(yīng)用方法也不同。2.2.1以主電路的不同結(jié)構(gòu)作為分類的標準如下圖2-2所示我們已經(jīng)可以清楚地明顯看出它其實是以電容作為直流側(cè)儲能元器件的主硬件電路的元件拓撲結(jié)構(gòu),故又被我們稱為電壓式APF。電壓式的APF同時具有如下的主要特點:圖2-2電壓型APF的主電路結(jié)構(gòu)原理框圖屬于電壓類型的APF的DC側(cè)用一個大電容并聯(lián)上去是必不可少的，只有這樣才能夠讓儀器在正常的開工狀態(tài)下運行，以至于維持DC側(cè)的電壓一直保持在不變的狀態(tài)之下;屬于電壓式的APF的幾個特點中的一個就是與其他類別的儀器相比，它占用的空間更小，并且在開關(guān)頻率很低的情況下，它的性能表現(xiàn)也很顯眼。屬于電壓式的APF，它的結(jié)構(gòu)相比于其他類型跟為簡單，特別是成本也讓人容易接受，在實現(xiàn)多電平的正常開工狀態(tài)之下。屬于電流型的APF的主要硬件配置電路結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，其中主要硬件配置電路的DC側(cè)使用電感組件作為儲能技術(shù)組件，而從電流轉(zhuǎn)換器通信側(cè)輸出的電流為PWM波。當前的電流式APF具有以下明顯優(yōu)勢：圖2-3電流型APF的主電路結(jié)構(gòu)原理圖屬于電流式的APF在DC側(cè)的結(jié)構(gòu)與其他類型的有很大差別，其中APF是用一個較大的電感連接在直流側(cè),以便能夠保證直流側(cè)的電流沒有脈動;屬于電流式的APF主控制電路中的電子開關(guān)組件不會出現(xiàn)直接相通的現(xiàn)象;屬于電流式的APF系統(tǒng)受到的損耗相對較大，因為在傳輸時電感中一直會有電流流過。2.2.2按接入電網(wǎng)的連接方式分類(1)坦率地說，并聯(lián)數(shù)字有源濾波器通常與負載并聯(lián)在電網(wǎng)上。該結(jié)構(gòu)的原型如圖2-4所示。應(yīng)用范圍是對產(chǎn)生諧波的電流源進行補充。無論是自己一個器件對諧波，無功及電流與其他無功的和進行補充，還是對其他不是對稱關(guān)系的電流進行補充，它都可以完美地完成。由于APF的主控制電路是基于電感器立即連接到電網(wǎng)的，因此APF的主控制電路在所有過程中必須接受電網(wǎng)側(cè)的工作標準電壓。因此，對于并聯(lián)APF的主控制電路，為了使APF正常工作，必須在主控制電路的DC側(cè)增加電容器的AC電壓。圖2-4并聯(lián)型有源電力濾波器(2)串聯(lián)式APF與負載之間采用串聯(lián)的方式與電網(wǎng)進行連接。這種形式的儀器通常被使用在交流里面，而且這是一種產(chǎn)生諧波的電壓源被用作負荷的情況。想要完成把他退出下來的操作幾乎是很難實現(xiàn)，在儀器本身發(fā)生問題的前提之下，這也是這種類型連接方式儀器的重大不方便的地方。它們的基本結(jié)構(gòu)圖如下圖2-5所示圖2-5串聯(lián)型有源電力濾波器（3）充分利用串聯(lián)APF和并聯(lián)APF優(yōu)點的串并聯(lián)型數(shù)字有源濾波器，不僅可以廣泛用于負載諧波電流源場合，而且可以廣泛用于負載諧波場合。換句話說，它可以普遍用于工作電壓和電流具有存在畸變的情況。一些參考文獻也將它們稱為電能質(zhì)量分析調(diào)節(jié)器（UPQC）。關(guān)鍵缺陷之一是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程造價高。圖2-6電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖(4)混合式有源電力濾波器同時包括有源濾波器(APF)和無源濾波器(PF)兩個子部分。實際條件下,這種由APF和PF組成的復(fù)合型有源電力濾波器的關(guān)鍵優(yōu)勢已在許多方面得到了充分證明。在負載量相對較大的濾波場景中，PF的主要目的是補償諧波電流數(shù)據(jù)信號和無功負載，APF的主要目的是基于對導(dǎo)致串聯(lián)的PF的連續(xù)阻塞，持續(xù)改進PF的濾波諧振特征。但是它們的控制非常復(fù)雜。圖2-7混合型電力濾波器2.3本章小結(jié)作者在這一章節(jié)的開頭，詳細說明有源濾波器的基本設(shè)計原理。對于混合有源電力濾波器，還對其關(guān)鍵特性及其優(yōu)缺點進行了深入分析。

3以TSM320F2812DSP為核心處理芯片設(shè)計的有源電力濾波器的方案這個設(shè)計方案的最主要也是最重要的模板就是屬于并聯(lián)電壓式的有源功率濾波器，以TMS320F2813DSP為系統(tǒng)軟件的控制中心，把觀測監(jiān)察以及向好的方向處理的計算方法選為ip-iq方法，把空間向量作為自己根基的無差拍控制，在實際意義上需要進行的操作無非就是對用來補充諧波源產(chǎn)生的電流進行跟蹤控制的一種優(yōu)化算法，設(shè)計了一套并聯(lián)的有源電力濾波器設(shè)備，其體積容量為10KVA。其系統(tǒng)架構(gòu)如下圖3圖3-1并聯(lián)電壓型有源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有源電力濾波器需要設(shè)計的模塊如下：(1)控制電路的設(shè)計及選型。(2)信號采樣和調(diào)理。其中，關(guān)鍵作用包括調(diào)節(jié)四通道輸入電流信號的采樣信息和調(diào)節(jié)兩通道工作的信號。因為控制系統(tǒng)軟件主要使用三相\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E4%B8%89%E7%BA%BF%E5%88%B6/_blank"交流發(fā)電機的三個\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E4%B8%89%E7%BA%BF%E5%88%B6/_blank"定子繞組的末端聯(lián)結(jié)在一起，從三個繞組的始端引出三根火線向外供電、沒有中線的\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E4%B8%89%E7%BA%BF%E5%88%B6/_blank"三相制的鏈接線路的方法，這樣您就只需記錄第三相負荷信號可以根據(jù)測量方法被完全測量和獲得。(3)設(shè)計的主要部分即主控制電路：此處包括主控制電路的DC側(cè)的C,主控制電路IGBT模塊的選擇與交流側(cè)儲能電感的設(shè)計和直流側(cè)的輸出電壓控制。(4)根據(jù)集成的IC：TMS320F2812DSP的軟件開發(fā)來選擇系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件設(shè)計方案的基本內(nèi)容主要包括通過SVPWM信號控制方法和直流側(cè)的指令工作電壓的PI控制引起的指令電流和六通道PWM信號的輸出。3.1有源電力濾波器的主控制電路的設(shè)計控制系統(tǒng)本身是數(shù)字功率放電濾波器設(shè)計的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)的主要優(yōu)勢取決于其實用性和高效率。單片機也是所有控制系統(tǒng)的管理中心。因此，當采用這種集成的IC法規(guī)時，它必須能夠?qū)崿F(xiàn)實用時間，高效率和相對較低成本的特性。圖3-2控制系統(tǒng)原理圖在本文的主題研究中使用的主要控制集成IC是TMS320F2812。F2812基于指定的DSP控制集成IC，具有英國TI的出色性能。它主要用于電機等電子設(shè)備的工業(yè)生產(chǎn)中。在此過程的控制級別上，主輸出功率達到150MHz，并且選擇了性能卓越的32位系統(tǒng)CPU，并且嵌入了兩個8安全通道12位ADC控制控制面板，這種面板可以對不同類型的樣本物理上的面板進行自主地選擇。這個面板本身就設(shè)有兩個管理突發(fā)事件的面板,即模塊事件EVA和模塊EVB。3.2信號采樣及調(diào)理電路以瞬時無功負荷理論為自身根基的ip-iq算法是我的這篇文章使用的用來對電路產(chǎn)生的諧波進行觀察監(jiān)測的方法，因此我的這篇論文的設(shè)計方案的采樣電路包括對電網(wǎng)中流過的電流信號的手機和對電流進行調(diào)正的電路，以及相同的電壓信號和內(nèi)存超頻電路及其直流側(cè)輸入電壓3.2.1電壓信號同步及鎖相倍頻電路電壓信號同步電路的重要技術(shù)組成電路是根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)和計算結(jié)果，在系統(tǒng)軟件中更好地獲得與A相正弦電壓相同頻率的波形電壓信號，便于完成對ip-i圖3-3電壓信號同步過零檢測電路A相的鍵入電壓首先會被元器件轉(zhuǎn)換成小信號，這個元器件就是霍爾元件，接著這個信號就會被一個叫做電壓比較器的元器件吸收，這個器件的型號是LM339，就可以取得兩種不同符號的15V電壓信號。然后通過光電耦合器TLP521進行端接保護和驅(qū)動器，以從中獲得3.3V或0V的單脈沖信號，并將其作為正弦報告的校準信號發(fā)送到DSP內(nèi)的外部校準端接引腳。圖3-4同步過零檢測電路的效果圖F2812的內(nèi)部軟件內(nèi)置了16個安全的程序流A/D通道。A/D通用采樣軟件的實際操作分為三個關(guān)鍵點：第一是內(nèi)置軟件可以立即正常運行；第二是內(nèi)置事件管理器可以立即正常運行。外部事件信號接收器獲得事件激活信號。該自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計是選擇外部工作電壓可以開啟同步信號運行的工作模式，以及送至過零檢測電源電路后內(nèi)部工作電壓信號引起的50Hz波形同步信號后立即鎖相。在頻率電源電路中，此時，它將自動創(chuàng)建一個與波形信號相同的運行信號。該信號用作頻率為256倍的A/D運行信號。受電路保護后，它將輸入到DSP外部信號終端中斷引腳。圖3-5鎖相倍頻電路將過零信號測試電源電路輸出的直流單脈沖輸出信號發(fā)送到前一個CD40406的PCA引腳，然后執(zhí)行鎖相，然后將VCOUT引腳的輸出單脈沖信號發(fā)送到CLK引腳，CD4040用于開發(fā)8分頻后，Q8引腳輸出256倍的直流單脈沖輸出信號，然后根據(jù)反饋電路返回后完成鎖相。3.2.2電流信號采樣調(diào)理電路在執(zhí)行設(shè)計方案的整個過程中，該采集系統(tǒng)通常必須對四個負載產(chǎn)生的四個不同的信號進行必要的收取。電流采樣和調(diào)節(jié)電路首先將位于電網(wǎng)側(cè)的電流信號轉(zhuǎn)換為小信號電流，經(jīng)過該電路的正常運轉(zhuǎn)之后，最后我們可以立即獲得0-3.3V的電壓信號，并反饋DSP的電壓信號。圖3-6電流信號采樣調(diào)理電路電網(wǎng)中的電流經(jīng)過以上電路的加工處理之后，最后將輸送出來以被我們檢測的電壓保持在0-3.3V的閾值之間。3.2.3主電路直流側(cè)電容電壓采樣電路當數(shù)字電源濾波器可以正常工作時，關(guān)鍵是每個人都必須注意保持主電源電路的直流側(cè)電容器電壓穩(wěn)定。因此，必須通過一種選定的方法來解決直流側(cè)電容器的輸出電壓，以便能夠進行合理的操作。采樣和調(diào)整電路的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。根據(jù)兩個輸出阻抗的分壓電路，直流側(cè)的電容器電壓將大電壓信號轉(zhuǎn)換為0-3V的中小輸出電壓信號。圖3-7直流側(cè)電容電壓采樣電路3.2.4驅(qū)使動作電路的設(shè)計核心處理芯片上產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號如果想要把他施加在控制開關(guān)元器件上，必須對其進行隔離和一些必要的加工處理，這一過程需要在控制驅(qū)使運動電路中才可以實現(xiàn)，只有這樣才可以滿足我們這篇論文的設(shè)計要求。圖3-8主電路驅(qū)動電路3.3主電路的設(shè)計3.3.1主電路的容量的設(shè)計主電路容量SASA該方案中交流電網(wǎng)的主要參考數(shù)據(jù)為220V/50Hz，用于進行對諧波電流進行補充的電流約為12A。因此，圖中APF的容量約為10KVA。當APF只被用來補償諧波時，就有了IC=ILh，當我們必須用于補償?shù)闹C波電流源是三相橋式全控電子整流器時，就有ILh當APF一起補償諧波信號和無功功率時，則：IC此時SA與SSA根據(jù)上述統(tǒng)計分析方法的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，當額外補償諧波和無功負載時，數(shù)字有源濾波器的負載容量要比獨立執(zhí)行諧波補償時的容量高，并且容量的大小也與電子整流器的αmax大小相關(guān)3.3.2主電路的直流側(cè)電容的設(shè)計對于直流側(cè)電容器的選擇，首先要考慮的是APF的體積和設(shè)計成本，并且電容器的選擇不能太大。在標準的基礎(chǔ)上，還應(yīng)規(guī)定，電容器的容量應(yīng)限制在直流側(cè)電壓波動的閾值范圍內(nèi)。在APF的主控制回路正常運行期間的電源開關(guān)工作周期中，直流側(cè)的電容器可以再次處于所有正常電池充電的運行狀態(tài)。CDC電源電路的最大功率損耗值Pmax約占APF容量的5％。DC側(cè)電容器的電壓的最大波動值為?UDCmax，并且最大值限制為5V，UDC這是DC側(cè)電容器的電壓的給定值。根據(jù)該方法的設(shè)計方案，它們的給定值為750V。對于電壓循環(huán)系統(tǒng)的最大調(diào)整時間tmax來講C≥最后確定我的這篇論文的需要選擇的電容大小應(yīng)該選為600μＦ3.3.3進線電感值的確定對于交流側(cè)電感來說，電感L的值與補償電流ic的變化L=4UC為主電路DC側(cè)的電容電壓值。η值η=用于命令輸出電流的數(shù)據(jù)信號的最大值icmax?約為18A。主電路電源開關(guān)工作周期為tc，本項目設(shè)計方案的主電路電源開關(guān)頻率控制為12.8K，tc約為78ns。λ的值是通過仿真獲得的。當值為0.3-0.4時，補償?shù)膶嶋H效果最佳。而當λ是取在0.4時，我們照葫蘆畫瓢進而求出的數(shù)3.3.4開關(guān)器件的選取直流側(cè)電容器的電壓為750V，正是由于這一原因用于補償諧波源產(chǎn)生的諧波電流的補充電流不容易超過20A。電源開關(guān)頻率為12.8KHz。根據(jù)上述標準，設(shè)計方案選擇了日本制造的三菱PM50RLA-20智能電源模塊作為所有系統(tǒng)軟件主電路的關(guān)鍵。電源模塊選擇了基于絕緣層的鋼板的加工技術(shù)，并配備了改進的柵極驅(qū)動器和維護電路。這一產(chǎn)品具備了以下許多種的優(yōu)點：內(nèi)置的門級光耦合器電路系統(tǒng)軟件具有內(nèi)置的安全控制回路，例如短路故障過流保護，溫度保護和驅(qū)動器工作電壓欠壓。使用第五代功率IGBT核心管心。3.3.5直流側(cè)電壓的控制為了更好，更合理地提高直流側(cè)工作電壓的穩(wěn)定性，此自動控制系統(tǒng)中使用的關(guān)鍵控制系統(tǒng)是PI的DC控制。由于所選的數(shù)字電源濾波器處于特定的工作狀態(tài)，因此不可避免地會損失每個組件的動態(tài)能量。因此，在主電路的整個操作過程中，在直流側(cè)和交流交流側(cè)之間會有一定量的動能交換，這可能導(dǎo)致直流側(cè)電壓波動。為了更好地使直流側(cè)電容器電壓平穩(wěn)地存儲在給定的數(shù)據(jù)信息值附近，其中兩個給定的數(shù)據(jù)信息值Ucr之間的差異與精確測量以獲取數(shù)據(jù)信息值U圖3-9包括PI在內(nèi)的檢測電路3.4系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件設(shè)計工作主要由完成系統(tǒng)軟件初始化和系統(tǒng)中斷處理兩個主要環(huán)節(jié)共同組成。在這個設(shè)計中的外面的中斷信號含有由過零檢查電源電路（輸入到DSP的EXINT1引腳）輸出的方波信號引起的外部中斷1，它是由以下相位的輸出引起的：鎖相環(huán)和內(nèi)存超頻電源電路。外部中斷1顯示，與該中斷匹配的程序段可以校準正弦和余弦差表，以完成同步正弦和余弦表的數(shù)量以及電網(wǎng)和相對視角的總體目標。外部中斷2的功能主要是運行AD進行轉(zhuǎn)換。進行采樣轉(zhuǎn)換工作時，程序?qū)⑦M入AD采樣的中斷子程序，以進行數(shù)據(jù)信息的計算和解析。采樣數(shù)據(jù)處理方法工作后，消除采樣中斷標志，然后等待后續(xù)采樣。圖3-10程序主流程圖當程序中發(fā)生采樣中斷時，該程序?qū)⒆詣舆M入名為采樣中斷服務(wù)項目的程序。該子例程中的關(guān)鍵工作是執(zhí)行命令電流的測量和計算以及SVPWM數(shù)據(jù)信息的計算和解析。圖3-11采樣中斷子程序流程圖3.5本章小結(jié)我把系統(tǒng)設(shè)計的面板基礎(chǔ)選擇為電壓型并聯(lián)接入電網(wǎng)的有源電力濾波器，首先對電壓型并聯(lián)有源電力濾波器的主要數(shù)據(jù)采集和其主電路中的硬件電路結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計和分析,然后以TMS320F2812DSP為主要的控制核心,設(shè)計了該系統(tǒng)的軟件工作流程。

4系統(tǒng)仿真與分析MATLAB軟件是由美國Mathworks公司開發(fā)設(shè)計的一種數(shù)學類系統(tǒng)軟件，具有處理速度快，使用方便的特點。在各種工程機械和設(shè)備使用場所中更常見。MATLAB可以執(zhí)行旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)軟件和離散變量系統(tǒng)軟件的仿真[48]。下一篇文章使用MATLAB仿真本文設(shè)計方案的APF系統(tǒng)軟件，并對以該系統(tǒng)進行仿真后得出的測算結(jié)果進行了簡要分析。4.1系統(tǒng)仿真的總圖此次仿真以三相橋式不可控整流器為主要諧波電流源。ip-iq方法用作進行諧波檢查的典型方法，SVPWM可以用作在諧波操縱方案設(shè)計中構(gòu)建的MTALAB模型仿真的平面圖。APF自動控制系統(tǒng)的控制容量必須設(shè)計為10kVA。阻感性負載R=10Ω，L=20mH。其中，連接到主電源電路的通信AC側(cè)的電感器L的標值為10圖4-1APF系統(tǒng)仿真圖為了更好地驗證和證明APF架構(gòu)設(shè)計方案的準確性，仿真解決方案控制模塊中的模擬示波器被用來分析連接電網(wǎng)后負載側(cè)電流和電網(wǎng)側(cè)電流波形的波形走勢。到APF系統(tǒng)軟件。其波形分別參見下圖4-2、4-3。圖4-2負載側(cè)電流波形從圖4-2可以看出在阻感整流器負載側(cè)電流里包含三次、五次諧波，所以仿真的波形不是正弦波。圖4-3補償后電流波形從圖4-2和圖4-3的工作電壓和電流趨勢圖可以看出，有源濾波器裝置根據(jù)工作電壓和電流獲得的補償電流與負載電流中的諧波電流大小相同，方向相反。經(jīng)過補償后的電網(wǎng)的工作電壓和電流恢復(fù)為如圖4.3所示的正弦波形，并完成了動態(tài)跟蹤補償，適用于各種電網(wǎng)，不僅可以抑制諧波，還可以補償無功。從圖4-3中可以清楚地看到，當時間為0.04S時，主電路的DC側(cè)電壓從0增加到750V，電流波形轉(zhuǎn)換為正弦波形。通過與圖中電流波形的比較，可以清楚地看到該系統(tǒng)軟件的仿真是合適的，符合預(yù)期。4.2直流側(cè)電壓的PI控制在仿真和構(gòu)造中，主電路的直流側(cè)電壓控制是非常關(guān)鍵的部分。該文本是根據(jù)PI控制方法設(shè)計和制造的，并完成了對DC側(cè)電壓的控制。其中，主要參數(shù)KP、K圖4-4PI仿真模塊本設(shè)計為了使PI跟蹤的正確方面和無誤性得到效果很好的證實和監(jiān)管，對PI控制跟蹤的最后效果的觀察通過示波器來完成。在0.04S時，將DC側(cè)電壓從0增加到750V。此時，APF將逐漸正常工作。由圖4-5可知,追蹤效果比較顯著。圖4-5直流側(cè)電壓跟蹤波形4.3指令電流檢測仿真ip-iq法作為一種諧波電流的檢查算法，我們采用這種方法把濾波器的靜止頻率設(shè)定為60圖4-6ip-i圖4-7負載電流與諧波電流的波形4.4本章小結(jié)本章首先建立基于APF系統(tǒng)的總體仿真計劃，然后驗證和分析主電源電路的命令電流檢查控制模塊和DC側(cè)工作電壓控制模塊，以補償電流跟蹤操作為總體目標。進行了簡短的敘述。最后，在對仿真結(jié)果進行分析的基礎(chǔ)上，驗證了設(shè)計方案的可操作性。5總結(jié)與展望我的這篇論文以以并聯(lián)連接到電網(wǎng)的電壓式有源電力濾波器為根本，完成了主要技術(shù)工作有以下幾個方面。(1)在現(xiàn)階段，它是第一個以日常生活中電力工程或其他關(guān)鍵電子系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用的特定應(yīng)用狀態(tài)作為區(qū)分的關(guān)鍵，并有可能得出適合的工作條件?？赡軙鸫鸥袘?yīng)諧波，并且很有可能。造成各種損壞。針對諧波的主要危害和潛在危害，討論了從使用無源濾波器到有源功率濾波器技術(shù)發(fā)展趨勢的歷史和未來可行性分析。主要詳細介紹了我國有源電力濾波器的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。(2)對于有源電力濾波器的工作原理，按照不同標準進行的分類做了較為詳盡地闡述。(3)以并聯(lián)式電壓型有源電力濾波器系統(tǒng)為本文的主要研究目標,設(shè)計了該濾波系統(tǒng)的采樣調(diào)理等軟硬件主要電路。以TMS320F2812作為整個系統(tǒng)的主要控制核心。(4)利用MATLAB系統(tǒng)軟件對以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)的電壓式有源電力濾波器設(shè)計進行了系細致的仿真，以至于結(jié)果將仿真的結(jié)果經(jīng)過了分析和驗證。參考文獻[1]徐政.電力系統(tǒng)諧波基本原理、分析方法和濾波器的設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社,2010.[2]卜偉忠.無功功率補償及功率因數(shù)的改善[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2009,118(7)；110-111.[3]董海燕.有源電力濾波器中的PWM變流器的設(shè)計與仿真[D].蘭州交通大學,2012.06.08.[4]蔣平,鄧俊雄,高亮.一種先進的電網(wǎng)諧波檢測方法[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2001.6,13(3):70-74[5]任航天.基于DSP的有源電力濾波器的研究[D].北京交通大學,2012.[6]孫榮旗,屈原勇.電力系統(tǒng)諧波的測量及其控制方法[J].電工技術(shù)雜志.2004(10):68-71[7]劉斌.并聯(lián)型有源電力濾波器的研究與實驗[D].北京交通大學.2007.12[8]王兆安,楊君,劉進軍,王躍.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.[9]羅安．電網(wǎng)諧波治理和無功補償技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2006.[10]KeyTS,LaiJ-S.Comparisonofstandardsandpowersupplydesignoptionsforlimitingharmonicdistortioninpowersystems.IEEETransIndAppl,1993,29(4),688-695.[11]洪捷.基于DSP的有源電力濾波器控制策略的研究及實驗[D].湖北工業(yè)大學，2012scheme[J].IEEE,2000,147(3):183-187.[12]李圣清，朱英浩，周友慶等．電網(wǎng)諧波檢測方法的綜述[J]．高電壓技術(shù)，2004，30(3)：39~43．[13]林海雪，孫樹勤．電力網(wǎng)中的諧波[M]．北京：中國電力出版社，1998．[14]龐浩，李東霞，俎云霄，等．應(yīng)用FFT進行電力系統(tǒng)諧波分析的改進型算法[J]．中國電機工程學報，2003，23(6)：50~54．[15]M．EI-Habrouk，M．K．Darwish．DesignandImplementationofaModifiedFourierAnalysisHarmonicCurrentComputationTechniqueforPowerActiveFiltersUsingDSPs．IEEEProc．ElectsPowerAppL2001，148(1)：2l27．[16]曾剛．電氣化鐵路負序與諧波的綜合補償研究[D]．湖南大學，2012．[17]黃金．試論無損檢測技術(shù)在建筑工程檢測中的應(yīng)用[J]．城市建設(shè)理論研究，2016(14):31-32[18]張乃饒．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制[M]．北京：清華大學出版社，1998．[19]袁曾任．人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用[M]．北京：清華大學出版社，1999．[20]王群．一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波測量方法[J]．電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(1)：19-23．[21]徐瑜，危韌勇．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J]．電腦知識與技術(shù)，2015(8):178-179．[22]李洲．紅外小目標檢測研究及DSP實現(xiàn)[D]．西安電子科技大學，2014．[23]周亞群，付周興，張鋼．PWM整流器電流控制策略仿真比較[J]．工業(yè)控制計算機，2012(1):110-111[26]黃濤.基于DSP的并聯(lián)型有源電力濾波器的研究[D].碩