三相四线制并联型有源滤波器物理模拟装置的研制

摘要

电力电子技术的快速发展和广泛应用，使得电网的谐波污染问题日益严重。基于电力电子开关器件的并联型有源滤波器（Active Power Filter，APF）是实现谐波动态补偿的有效手段之一。通过合适的控制，APF 还可以实现无功功率、电压闪变和不对称分量补偿等功能，并具有补偿效果不受电网阻抗、频率等参数变化影响的优点。 本文首先对当前电力系统中谐波的产生、危害及治理措施进行了介绍，综述了APF的发展和研究现状，重点论述了并联型APF的相关理论，包括APF的基本原理、主电路拓扑结构、基于瞬时无功功率原理的ip-iq 谐波电流检测法，以及补偿电流的跟踪控制策略。在此基础上，以IPM模块PM200DSA120为开关元件、工业控制机＋双DSP为控制系统核心，基于福建省电力试验研究院的实时数字仿真系统（Real TimeDigital Simulator，RTDS）设备，研制了一种与RTDS 互联、自带谐波污染源的APF物理模拟装置。 本文主要研究工作包括：第一，提出了主电路参数、装置硬件和控制系统硬件的设计和实现方案，设计了以工业控制机为上位机，以DPS2812Mv2 控制板和VC33PS采集板为下位机的控制系统；通过开关切换，本装置可以方便地运行于单相或三相四线模式；构建了以三相整流器带阻感负载的模拟谐波源；以MATLAB6.5为平台建立了并联型APF的数字仿真模型，并进行仿真分析。第二，基于软件Protel99SE，设计了APF控制系统及其周边电路的硬件电路板。第三，开发了装置下位机控制系统软件和上位机监视系统软件：以CCS2000软件为平台编写了DPS2812Mv2为核心的下位机控制程序，以VC6.0软件为平台编写了上位机界面监控程序；实现了实时修改装置运行PI 参数，实时监控装置运行状态和信号录波等功能。第四，对APF模拟装置进行了谐波和无功补偿、负载突变响应及与RTDS 互联等实验，验证了一些重要结论。 本文工作为更深入研究APF 及其控制系统的动态特性提供了良好的实验平台，为实际APF 装置的工程设计、设备选购和实现奠定理论和实验基础。