基于fpga的并联型有源电力滤波器研究

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1、中图分类号：TM461论文编号：102870315-S102学科分类号：080804硕士学位论文基于FPGA的并联型有源电力滤波器研究研究生姓名余福斌学科、专业电力电子与电力传动研究方向功率电子变换技术指导教师胡海兵教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonShuntActivePowerFilterBasedonFPGAAThesisinEl

2、ectricalEngineeringbyYuFubinAdvisedbyProfessorHuHaibingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其它个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航

3、空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将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、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：摘要随着电网中非线性负载的大量使用，使得电网中存在大量的谐波和无功电流，降低了电网的供电质量。并联型有源电力滤波器作为一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，得到广泛的使用。目前有源电力滤波器从补偿的方法来看，可以分为全补偿和选择性补偿两种，本文重点研究了并联型有源电力滤波器的选择性谐波补偿技术。本文首先针对并联型有源电力滤波数字控制系统存在的

4、延时问题，研究了数字控制系统的延时对并联型有源电力滤波器选择性谐波补偿效果的影响。在分析过程中将并联型有源电力滤波器数字系统的延时分为两类，即谐波检测部分延时和环路控制延时。谐波检测部分延时改变电流跟踪基准信号大小，直接影响补偿电流的精度。而环路控制延时存在于闭环内，影响系统的稳定性。在保证系统同样的相角裕度时，环路控制延时变长，系统带宽不断减小，间接影响系统的补偿精度。同时通过数学的推导，得出了减小谐波补偿系统的延时的方法，然后针对带延时环节的并联型有源电力滤波器系统进行数学建模分析。由于实际使用的理想的比例谐振调节器存在抗电网扰动差和相角滞后对系统造

5、成不稳定问题，本文从这两点出发，对理想比例谐振调节器进行了改进，得到一种带相角补偿的比例谐振调节器数学模型。并利用了波特图和奈奎斯特图各自的优点，对带相角补偿的比例谐振调节器进行了参数设计，其主要的设计的思想是加调节器后补偿延时造成的相角滞后和入网谐波电流剔除率最优。最后对比了电流环采用比例积分调节器对谐波电流跟踪产生的误差的大小，体现带相角补偿的比例谐振调节器对谐波电流跟踪的优势，并通过仿真验证了本文所设计参数的有效性。在上述分析的基础上，构建了以FPGA为核心的有源滤波器数字控制系统，其中主要包括谐波电流检测、谐波电流跟踪、数字PWM模块设计。分析了

6、FPGA数字控制系统中存在的延时时间，并同目前常用的DSP数字控制系统进行对比，得到本文基于FPGA为控制器的并联型有源电力滤波器在减小延时上的优势。最后本文搭建了一台20A的单相并联型有源电力滤波器系统，介绍了主功率电路的参数。在实验平台的基础上，采用本文所研究的比例积分调节器和比例谐振调节器分别进行了谐波电流选择性补偿实验，同时改变系统的不同延时，观察系统的补偿性能，并对实验波形进行详细分析。实验结果验证了带相角补偿的比例谐振调节器在谐波跟踪的优势，同时也验证了参数设计的有效性。关键词：并联型有源电力滤波器，选择性谐波补偿，数字延时，比例谐振调节器i

7、ABSTRACTWiththeextensiveuseofnonlinearload,alargenumberofharmonicsandreactivecurrentexistinthenetwork,andhavedeterioratedpowerquality.TheShuntActivePowerFilter(SAPF)isanefficent,stableandflexibleadvancedmeanforimprovingthequalityofpowergrid.Atpresent,theShuntActivePowerFiltercanb

8、edividedintofullcompensationandselective