基于三电平双Buck全桥逆变器的单相并联有源滤波器

摘要

随着电力电子技术的突飞猛进和电气装置的广泛应用，谐波污染愈发恶化。电力谐波污染问题的解决方案目前主要有两种。一种是“防病”法，通过优化产品自身性能，降低产品自身的谐波发出。该方法仅对用电设备自身性能改进，减少了谐波源对电网污染。但供电系统庞大复杂，电网自身的电力电子器件开关工作状态不可避免产生较大谐波污染，因此必须采用另一种方式即在电网安装谐波抑制装置。
　　无源与有源电力滤波器是谐波抑制装置的两大类。无源电力滤波器虽然构成简单、技术成熟、稳定性强且运行成本低但其附加损耗高，效率较低且动态补偿效果差所以逐渐被性能突出的有源滤波器替代。本研究在传统有源滤波器设计的基础上使用三电平双Buck全桥逆变器作为主拓扑来实现模块化有源滤波器(Active Power Filter,APF)的功能。文中首先对比分析了多种有源滤波器的主拓扑方案，在总结了各种拓扑优缺点的情况下论证了用三电平双Buck全桥逆变器作为主要拓扑，解决了系统桥臂直通与功率开关管的体二极管反向恢复问题并且降低了开关损耗，优化了系统效率。然后对系统的检测与控制方案进行了择优选择；接着分别从硬件与软件出发对本研究中所涉及的各功能单元展开详细论述；最后，文中给出了本研究中原理样机的主要测试结果，并提出了相应的改进设想方案。
　　根据研究的实验测试结果证明：本课题所设计的有源滤波器的原理样机不仅在输出功率、各次谐波含量和THD等指标上能够满足设计指标，而且具有良好的稳定性和人机对话等功能。

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注释表

缩略词

第一章绪论

1.1 课题研究背景

1.2 谐波危害与治理方法

1.3有源滤波器及其现状

1.4课题主要研究内容

第二章APF总体设计

2.1系统总体方案设计与指标

2.2单相APF主拓扑选择

2.3 APF输出滤波器选择

2.4电流跟踪控制策略

2.5谐波电流检测技术

2.6控制方法实现方式

2.7数字控制电路选取

2.8 数字锁相环

2.9上位机选取

2.10本章小结

第三章APF硬件系统的设计与分析

3.1硬件系统总体设计

3.2 APF主拓扑的设计与分析

3.3APF输出滤波器的设计与分析

3.4 TLDBFBI—APF驱动电路设计

3.5辅助电源模块

3.6 AD电路模块

3.7调理电路设计

3.8 FPGA及外围电路硬件设计

3.9保护电路设计

3.10 本章小结

第四章FPGA控制电路的软件设计与分析

4.1软件总体设计

4.2系统AD采样控制模块设计

4.3控制模块设计

4.4通信设计

4.5 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 原理样机实物图

5.2 原理样机MCGS触控屏显示

5.3实验波形与分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文