發(fā)布時間：2021-11-18 22:55

　　隨著大量的電力電子設(shè)備和非線性負(fù)載廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)當(dāng)中,諧波污染問題愈發(fā)嚴(yán)重。有源電力濾波器（Active Power Filter,APF）因其補償容量大、配置靈活、補償效果好等優(yōu)點備受關(guān)注。本文以三相三線制三電平APF為研究對象,分別對其電流跟蹤控制策略和中點電位平衡策略展開研究。首先,建立了三相三線制中點鉗位型（Neutral Point Clamped,NPC）三電平APF的數(shù)學(xué)模型,并對其中點電位平衡問題展開分析;分析傳統(tǒng)模型預(yù)測控制策略的預(yù)測模型和構(gòu)建價值函數(shù)環(huán)節(jié),詳細(xì)闡述了其工作原理和優(yōu)缺點;針對模型預(yù)測算法中存在的延時問題,分析了延時的影響,并給出一種簡單的兩步預(yù)測方法用以解決算法延時問題。針對中點平衡問題,采用一種基于預(yù)測原理的中點電位平衡算法,利用冗余小矢量對中點電位作用相反的特點,結(jié)合當(dāng)前中點電位和冗余小矢量預(yù)測下一時刻中點電位,計算出使得下一時刻中點電位為零的冗余小矢量作用時間,根據(jù)計算出的時間重新調(diào)整冗余小矢量的作用時間,最終達(dá)到中點電位平衡的目的。針對傳統(tǒng)模型預(yù)測控制滾動尋優(yōu)環(huán)節(jié)中存在的待尋優(yōu)開關(guān)狀態(tài)多、計算量大的問題,雖然有文獻(xiàn)提出了基于扇區(qū)判斷的簡化算... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

矢量修正示意圖

5APF系統(tǒng)設(shè)計與實驗分析59制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)部包含鎖相環(huán)、坐標(biāo)變換、諧波檢測、直流側(cè)電壓PI控制器、模型預(yù)測電流控制器等，其中模型預(yù)測電流控制算法為本文研究的重點。5.2硬件電路設(shè)計(HardwareCircuitDesign)5.2.1處理器選擇由于APF系統(tǒng)運算量較大，特別是模型預(yù)測控制算法要消耗大量的處理器資源，因此運算處理器選擇了應(yīng)用廣泛的浮點型數(shù)字處理器TMS320F28335，其主頻高達(dá)150MHz，浮點運算速度較快，擁有一個12位的高速AD轉(zhuǎn)換模塊，并包含16個信號采樣通道，轉(zhuǎn)換時間最快可達(dá)80ns，因此該DSP芯片能夠基本滿足APF系統(tǒng)的運算要求。為了減小DSP處理器的運算負(fù)擔(dān)，選擇賽靈思spartan6系列xc6slx9型號的FPGA處理器作為DSP處理器的輔助芯片，用以完成脈沖產(chǎn)生和脈沖保護(hù)環(huán)節(jié)。5.2.2電源電路設(shè)計APF系統(tǒng)的弱電控制電路的電源采用24V開關(guān)電源供電，通過不同的電源芯片將24V電源轉(zhuǎn)換成不同電壓等級的電源，系統(tǒng)所需電源電壓以及對應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換芯片原理圖如圖5-2所示。CTRLVINU2+24V123465+24VGNDURB2405LD_20WR2GND_AD+5V+TrimGND0V+Vo+CTRLVINU4+24V123465+24VGNDURA2415LD_20WR2GND_AD+15V+0VGND-Vo+Vo+-15V+（a）5V電源（b）±15V電源（c）3.3V電源（d）1.8V電源（e）2.5V電源（f）1.2V電源圖5-2電源轉(zhuǎn)換原理圖Figure5-2Schematicdiagramofpowerconversion

碩士學(xué)位論文64障判斷與保護(hù)、諧波提娶指令電流預(yù)測和模型預(yù)測電流控制策略的實現(xiàn)等環(huán)節(jié)，最終將計算出的最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)通過XINTF接口發(fā)送給FPGA；FPGA程序設(shè)計采用Verilog硬件描述語言完成，其通過接收DSP發(fā)送的開關(guān)狀態(tài)完成PWM脈沖的產(chǎn)生與保護(hù)。由于系統(tǒng)核心算法在DSP程序中實現(xiàn)，下文將重點介紹DSP程序設(shè)計部分，為方便分析，將DSP程序設(shè)計分為主程序設(shè)計和中斷程序設(shè)計兩部分。中斷程序的流程圖如圖5-8所示。首先，DSP主程序設(shè)計主要承擔(dān)系統(tǒng)初始化工作，具體包括系統(tǒng)時鐘初始化、AD采樣初始化、GPIO口初始化、SPI初始化、XINTF初始化、中斷函數(shù)初始化等；其中AD采樣初始化主要完成片內(nèi)12位ADC模塊的配置，并開啟對11路電壓、電流信號的采樣；SPI初始化主要完成SPI的配置，以便于將待觀察量發(fā)送到外部DA芯片，DA芯片將觀察量的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量以便于在示波器上觀察；XINTF初始化完成相應(yīng)的配置，以便于同F(xiàn)PGA芯片進(jìn)行通信，DSP將通過XINTF接口將開關(guān)狀態(tài)發(fā)送至FPGA的雙口RAM，F(xiàn)PGA從雙口RAM中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其次，DSP中斷程序設(shè)計主要承擔(dān)系統(tǒng)核心控制算法，其具體過程為：系統(tǒng)進(jìn)入中斷，讀取11路AD寄存器的值并進(jìn)行標(biāo)幺；判斷是否存在過壓過流故障，如果出現(xiàn)過壓過流現(xiàn)象，則立即封鎖脈沖，反之，則執(zhí)行如下控制算法：諧波電檢測、諧波電流指令預(yù)測、模型預(yù)測電流控制算法、向FPGA發(fā)送開關(guān)狀態(tài)等。5.4實驗結(jié)果與分析(ExperimentalResultsandAnalysis)圖5-9三相三線制APF實驗平臺Figure5-9Experimentalplatformofthree-phasethree-wireAPF

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]大功率三電平PWM整流器模型預(yù)測控制方法[D]. 曹曉冬.中國礦業(yè)大學(xué) 2017
[3]有源電力濾波器諧波檢測與控制算法研究[D]. 王實.合肥工業(yè)大學(xué) 2015
[4]串聯(lián)混合有源電力濾波器新型控制技術(shù)研究[D]. 童立青.浙江大學(xué) 2009

碩士論文
[1]三相三線制有源電力濾波器預(yù)測控制研究[D]. 胡博.中國礦業(yè)大學(xué) 2019
[2]預(yù)測控制在四橋臂有源電力濾波器中的應(yīng)用研究[D]. 王耀萱.中國礦業(yè)大學(xué) 2019
[3]基于改進(jìn)的瞬時無功功率理論的諧波電流檢測方法研究[D]. 符旭浩.江蘇大學(xué) 2019
[4]三相三線制并聯(lián)型三電平有源電力濾波器研究[D]. 吳遠(yuǎn).中國礦業(yè)大學(xué) 2017
[5]一種新型無源濾波器的研究與設(shè)計[D]. 孫佳越.哈爾濱理工大學(xué) 2016
[6]并聯(lián)型有源電力濾波器補償精度優(yōu)化研究[D]. 楊惠雯.電子科技大學(xué) 2016
[7]三相并聯(lián)有源電力濾波器的預(yù)測電流控制方法研究[D]. 段娟鳳.湖南大學(xué) 2016
[8]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)諧波檢測[D]. 楊磊.西南交通大學(xué) 2015
[9]有源電力濾波器模型預(yù)測控制策略研究[D]. 王曉瑩.中國礦業(yè)大學(xué) 2015
[10]并聯(lián)型有源濾波器諧波檢測與控制技術(shù)研究[D]. 賈宇虹.浙江大學(xué) 2014



本文編號：3503783