2022年三相四线制有源电力滤波器软硬件系统.docx

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1、精品学习资源三相四线制有源电力滤波器软硬件系统的设计教程来源：赛尔电气应用作者：杨林 孙国凯 点击： 563 次 时间： 2021-5-11 11:27:31随着国民经济的快速进展，电力系统中非线性、冲击性和单相负载都大量增加，由此 产生的谐波、无功功率和三相不平稳等问题给电力系统和用户造成了严峻的影响；目前， 用电单位也对电能质量和供电牢靠性提出了更高要求，改善电能质量已成为社会进展的必 然要求；因此，在电力系统运行中，争论怎样进行谐波污染抑制和无功功率补偿，来改善 电能质量、提高功率因数和削减电能损耗已成为电力系统中的一个重要争论课题；本文正 是针对大量存在的三相四线制系统而进行设计的高性

2、能动态补偿装置，并联型三相四线制 有源电力 滤波器 APF ，它能对大小和频率都变化的谐波和无功进行快速补偿，能有效克服无源补偿装置的不足，是一种很有前途的补偿装置；b5E2RGbCAP本文第一介绍了并联型APF 的系统结构和工作原理，然后争论了基于DSP+CPLD的全数字化掌握系统的实现方案，并对该掌握系统的硬件电路和软件系统设计进行了争论，最终给出了试验波形，验证了掌握策略的有效性；p1EanqFDPw1 并联有源滤波器的系统结构及工作原理有源电力滤波器 主要由主电路，信号检测电路，DSP+CPLD掌握系统，驱动电路和键盘显示部分等组成；三相四线制有源电力滤波器有两种不同的主电路结构及其掌

3、握方法1 ， 即 3 桥臂 PWM 变流器和 4 桥臂 PWM 变流器，从经济成本角度考虑，本文采纳3 桥臂PWM 变流器方案；本文设计的并联型APF 的系统结构图如图1 所示，主电路采纳三相电压源型逆变器结构，逆变器输出端经滤波电感与电网相接；负载为污染源, 产生谐波、无功及三相不平稳电流等有害重量；掌握系统包括检测环节，指令电流运算环节、补偿电流跟踪掌握环节、直流侧电压掌握环节和驱动爱护环节等；DXDiTa9E3d有源滤波器的基本工作原理是：第一互感器TV、TA 检测补偿对象的电压和电流信号，然后经过转换处理后送给掌握系统运算出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，输出补偿电流

4、，从而使补偿电流与被补偿对象的谐波、无功、负序等有害电流重量相互抵消，最终得到期望的正弦电源电流；即经有源电力滤波器补偿后, 电网侧三相电流为对称正弦波 ,零线电流为 0 ，实现改善电能质量的目的；RTCrpUDGiT图 1 中， QF 为断路器； KM1 、KM2 为沟通接触器； R 为限流电阻， L 为滤波电感；C1 、C2 为直流母线电容；有源电力滤波器基本的工作过程如下，先闭合上QF ，再闭合接触器 KM1 ，电网电压通过限流电阻R、滤波电感 L 和逆变器中的续流二极管向直流母线电容 C1 、C2 充电；当直流母线电压达到肯定值之后，掌握系统发出掌握信号，掌握KM2 闭合，然后 APF

5、 软启动升到额定电压，进入正常工作状态；当系统显现故障爱护时，KM1 断开，以爱护APF 主电路不受损害； 5PCzVD7HxA欢迎下载精品学习资源三相四线制有源电力滤波器软硬件系统的设计教程来源：赛尔电气应用作者：杨林 孙国凯点击： 564 次 时间： 2021-5-11 11:27:31jLBHrnAILg2 掌握系统硬件电路设计掌握系统是 APF 的核心部分，它直接打算了APF 的性能指标和补偿成效；为了满意APF 掌握系统实时性和精确性的要求，本文采纳了以DSP+CPLD为核心的数字化掌握系 统；该掌握系统硬件电路主要由核心掌握系统模块、数据采集电路、同步检测电路、PWM 隔离驱动电路

6、、硬件爱护电路、I/O接口电路、通信电路、电源等帮助电路组成；并联型APF 的掌握系统框图如图2 所示； xHAQX74J0X图 2 并联型 APF 的掌握系统框图欢迎下载精品学习资源核心掌握系统模块，主要由一片高性能32 位定点 DSP 芯片 TMS320LF2812和一片 CPLD 芯片 EPM7256AE以及相关外围电路组成；其主要功能是：将数据采集电路输出的模拟信号转换为数字信号，运算得出补偿指令电流，然后生成并发出掌握逆变器的PWM 驱动脉冲信号，并且依据不同的故障状态产生不同的爱护动作，和谐系统内部的规律、扩展 I/O接口、简化外围电路等功能；LDAYtRyKfE数据采集电路，主要

7、负责电压、电流等模拟信号的转换等处理；由于被检测的电压电 流量数值比较大 , 数值远超过 DSP 答应的输入信号范畴，因此，需要把这些模拟电信号降低，并将电流量变换为电压量，双极性信号变成单极性信号，并进行电平匹配，A/D转换后送入 DSP 进行运算；实现方法简述如下：电压、电流信号 包括 2 个直流母线电压、3个负载电流以及 3 个补偿器输出电流 经电流型霍尔传感器变换后，在高精度采样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，再经滤波、隔离、电平变换后，得到0 3V 模拟量输入电压，最终经12 位 A/D变换后进入 DSP 内处理；模拟量输入调理电路如图3 所示；Zzz6ZB2Ltk图 3 模拟量

8、输入信号调理电路同步检测电路，主要功能是产生与电网电压频率、相位相同的同步工作脉冲信号以及256倍电网基波频率的A/D 同步采纳启动信号；实际中，由于电网的频率总会在50Hz 上下发生波动，因此为保证电网参数运算的精确性，在测量过程中需要跟踪电网频率的变化，随时修正 A/D 的采样周期，以保证采样速率不变；同步检测电路实质是一过零电压比较器，将一相电源沟通输入信号变换成方波信号，实现三相电源电压的相位检测，利用方波信号的 跳变触发 DSP产生中断，以便运算电网频率和掌握DSP的 A/D 转换时刻；dvzfvkwMI1PWM 隔离驱动电路，是将掌握系统模块产生的光驱动脉冲信号转换为电驱动脉冲信号

9、，同时经过功率放大处理后，最终输出6 路 PWM 信号，实现对逆变主电路IGBT的驱动掌握；当装置显现过流、短路等故障时，立刻封锁IGBT的驱动脉冲，并向核心系统控 制模块发送爱护信号；rqyn14ZNXI硬件爱护电路，为了保证APF 牢靠稳固的工作，该补偿装置需要有完善的爱护系统；当补偿装置发生短路、过流、过压、超温、欠压等故障时，故障信号经过故障检测电路处理后，立刻封锁 PWM 驱动脉冲信号，并进行报警等处理，掌握APF 系统自动退出运行，以爱护系统安全； EmxvxOtOco欢迎下载精品学习资源3 并联有源滤波器的掌握算法与掌握系统软件设计掌握系统部分主要是以DSP 和 CPLD为核心

10、, 完成数据采集、相位跟踪、指令电流运算、补偿电流跟踪掌握、直流侧电压掌握、PWM 驱动信号掌握、系统爱护、显示等功能；其中指令电流运算和补偿电流跟踪掌握是APF 的关键环节，直接影响着它的性能；SixE2yXPq53.1 指令电流运算部分 2综合考虑各种检测算法的精确性，实时性和复杂性，本文采纳改进的瞬时无功功率理论进行指令电流运算；即先求出其零序电流重量, 将零序电流重量从各相电流中剔除后, 就可以利用三相三线制情形下的瞬时无功功率理论， 检测法进行检测 , 进而求出三相四线制系统中的谐波、负序、零序、无功在内的补偿电流指令信号；指令电流运算电路原理图如图 4 所示；图中 6ewMyirQ

11、FL图 4 指令电流运算电路原理图3.2 补偿电流跟踪掌握部分补偿电流跟踪掌握部分，本文采纳定时滞环比较的掌握方法来产生PWM 掌握信号；该方法是把补偿电流的指令信号和实际的补偿电流信号进行比较，两者的偏差作为滞环比较器的输入，并用DSP 内部的时钟定时器计时，每隔一个计时周期对偏差的比较结果进行判定，产生 PWM 掌握信号，该信号经驱动爱护电路来掌握IGBT的通断，从而掌握补偿电流 的变化，实现补偿功能；kavU42VRUs3.3 掌握系统软件流程设计欢迎下载精品学习资源由于 TMS320F2812 的运算速度特别快，因而可以采纳 C 语言编程，削减开发软件所需的时间；在程序的具体编写中，采

12、纳模块化设计方法，将 DSP 要实现的掌握功能划分为如干个功能模块，将每一个功能模块用一个子程序来实现，应用时只需对相应的子程序进行调用即可，有利于对程序进行调试、爱护和升级；掌握系统软件主要分为5 部分： 主程序、指令电流检测子程序、PWM 掌握子程序、电网频率检测子程序和数据采集子程序；为了提高掌握系统的性能和稳固性，软件设计时仍增加了软件陷阱、数字滤波、看门狗技术等抗干扰措施；y6v3ALoS89本文主程序流程图如图5 所示；主程序实现了对系统的循环掌握，工作过程简述如下：第一对系统进行初始化，以保证DSP及全部外设的初始化状态正常；然后系统进入到主程序循环中，系统先进行故障自检，如有故

13、障，进行故障处理，保证系统安全、牢靠的运行； 如系统无故障发生，就等待同步采样掌握信号中断的发生，系统进入到对应的中断服务程 序中进行频率检测和A/D 转换等；然后进行直流侧电压掌握；指令电流运算；软启动掌握等，如是启动过程，就采纳软启动方式，否就直接输出PWM掌握信号；这样就完成了对一个采样周期的掌握，然后程序返回，进行下一次采样循环掌握；M2ub6vSTnP图 5掌握系统主程序流程图4 仿真结果分析欢迎下载精品学习资源在所研制的 100kVA并联型有源电力滤波器装置上，进行了谐波补偿试验；试验系统主电路如图 1 所示，试验主要参数分别为：电源线电压为380V ，系统阻抗忽视不计；负载为三相

14、全控整流桥，Ld=3mH，Rd=2 ，整流桥触发角 =0 ；连接电抗 L=0.5mH；直流侧电压0YujCfmUCwUdc=850V，滤波电抗器L=1.5mH，滞环宽度约为系统电流峰值1% ；稳态情形下仿真结果分析；如图6 所示，补偿前三相非线性负载平稳，图6a 为补偿前负载电流波形图和频谱图，图6b 为有源电力滤波器投入补偿后的电源电流波形图和频谱图，其中波形图横坐标为时间 秒，纵坐标为电流 安；从波形图和频谱图可以看出，在投入有源电力滤波器后，电网侧高次谐波含量明显降低，电源电流波形得到很大的改善，基本上为正弦波；经谐波分析可知，电流总谐波畸变率由补偿前的22.36%降低到补偿后的2.64

15、%， 5 次谐波电流由 18.89%下降到 1.45% ，7 次谐波电流由 10.21%下降到 0.92%，取得了令人中意的补偿成效；eUts8ZQVRd欢迎下载精品学习资源图 6 补偿前后 A 相电源电流波形图及其频谱图5 结论本文简要说明白并联型三相四线制有源电力滤波器的系统结构和工作过程，并较具体的探讨了掌握系统所采纳的掌握方法、硬件电路设计和软件流程设计；经过理论和仿真分欢迎下载精品学习资源析可知，通过合理挑选主电路结构参数和掌握系统参数等，本装置具有良好的动态跟踪补偿性能，可以实现三相四线制电力系统中的谐波污染抑制，无功功率补偿等功能；因此，最终可以实现改善系统电能质量、提高功率因数

16、和降低电能损耗等目的；sQsAEJkW5T参考文献1 卓放 , 王跃, 王兆安 . 三相四线制电路中的瞬时无功功率及有源电力滤波器J. 电工技术杂志 2001,4.GMsIasNXkA2 王兆安 ,杨君 , 刘进军 , 王跃等 . 谐波抑制和无功功率补偿M. 2 版. 北京 : 机械工业出版社 ,2005,10TIrRGchYzg3 赵小英 ,朱海边 ,王平 . 基于 DSP 的有源电力滤波器数字掌握系统J. 电气应用.2005,2427EqZcWLZNX4 孙丽敬 ,郝瑞祥 ,游小杰 ,郑琼林 . 基于 TMS320F2812的有源电力滤波器掌握系统争论 J.电气应用 .2006, 253l

17、zq7IGf02E5 孙国凯 ,杨林 , 郭自勇 . 三相四线制有源电力滤波器掌握系统的优化设计J. 电测与外表.2021,12zvpgeqJ1hk6P.Jintakosonwit, H.Fujita, and H.Akagi. Control and Performance of a Fully-Digital-Controlled Shunt Active Filter for Installation on a PowerDistribution system. IEEE Trans .on Power Electronics.2002,171NrpoJac3v17M.Aredes,J.Hafner and K.Heumann. Three-Phase Four-Wire Shunt Active Filter Control Strategies. IEEE Trans. on Power Electronics.1997,1221nowfTG4KI申明：全部资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途；欢迎下载