電力濾波器監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計文獻綜述

1、河北工業(yè)大學城市學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）前期報告畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于dsp的有源電力濾波器監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)（方向）：自動化專業(yè)學 生 信 息： 學號：086119 姓名：李曉陽 班級：自動化c084指導(dǎo)教師信息：教師號：05119 姓名：孫曙光 職稱：講師報告提交日期：2012年3月17日星期六一、 文獻綜述 （一）研究背景中國正處于全面建設(shè)小康社會和構(gòu)建社會主義和諧社會新的歷史時期，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程不斷加快，電力需求增長迅速。伴隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活用電的快速增長，對供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也逐步提高，電能質(zhì)量已經(jīng)越來越受到大家的重視。但目前的現(xiàn)實情況是，絕大多數(shù)電能密集區(qū)都程度不同

2、的為劣質(zhì)電能所困擾。目前在美國，由于電能質(zhì)量下降,每年的經(jīng)濟損失達200-300億美元。無論是電力生產(chǎn)運行還是市場化運營，電能質(zhì)量已不僅僅是一個技術(shù)問題，而是演變成為一個嚴重的經(jīng)濟問題。國內(nèi)對這方面還沒有定量的統(tǒng)計指標，但電能質(zhì)量劣化造成的經(jīng)濟損失無疑是巨大的。因此，對電能質(zhì)量問題、尤其是諧波及其抑制和濾除問題進行深入細致研究，具有長遠的重要的實際意義。（二）有源電力濾波器有源電力濾波器（active power filter,apf）是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源，其應(yīng)用可克

3、服lc濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點（傳統(tǒng)的只能固定補償），實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功。1.有源電力濾波器的工作原理有源電力濾波器的主電路包括指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路，其中補償電流發(fā)生電路由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路三部分組成。以并聯(lián)型有源電力濾波器為例，其原理圖如下圖1所示:esisil驅(qū)動電路電流跟蹤控制電路指令電流運算電路主電路負載icapferror! no bookmark name given.圖1并聯(lián)型有源電力濾波器原理圖圖1中，es代表交流電源，is代表交流電源電流，il代表負載電流，ic代表補償電流，負載為諧波源，它產(chǎn)生諧波并消

4、耗無功。指令電流運算電路的功能是檢測被補償對象電流中的諧波分量和無功分量，這是有源電力濾波器能夠準確進行諧波補償?shù)南葲Q條件。而根據(jù)指令電流運算電路得出的指令信號，產(chǎn)生實際補償電流的任務(wù)則由補償電流發(fā)生電路來完成。主電路的變流器均采用脈沖寬度調(diào)制（pwm）方法控制，使用由驅(qū)動電路給出的pwm信號控制功率開關(guān)器件的開通與關(guān)斷。變流器一般工作在逆變和整流兩種工作狀態(tài)。當電網(wǎng)向有源電力濾波器傳遞能量，即向apf直流側(cè)充電時，變流器處于整流的工作狀態(tài)；當apf產(chǎn)生補償電流時，變流器處于逆變工作狀態(tài)。其具體工作原理為：先使用電壓傳感器和電流傳感器將被補償對象的電壓和電流檢測出來，然后送到dsp計算出補償電

5、流指令信號，再用補償電流發(fā)生電路放大得出補償電流，與被補償設(shè)備中的諧波及無功等電流抵消，從而保證供電質(zhì)量。如果改用公式表示，則可以寫為： is=il+ic (1.1) il=ilh+ilf (1.2) ic=-ilh (1.3) is=il+ic=ilf (1.4)其中，ilh表示補償對象負載電流的諧波分量，ilf表示負載電流基波分量。如果在補償諧波的同時，還要求補償負載無功功率，則只需要在補償電流指令信號中加入與負載電流的基波無功分量反極性的電流成分即可。2.有源電力濾波器的發(fā)展：1）最早在20世紀60年代末b.m.rird的論文中出現(xiàn)，是有源電力濾波器思想的基礎(chǔ)。2）1971年h.sasa

6、ki和t.machida發(fā)表了描述有源電力濾波器基本原理的論文。3）1976年美國西屋電氣公司提出了采用脈沖寬度調(diào)制控制的有源電力濾波器，討論了實現(xiàn)的方法和相應(yīng)的控制原理，奠定了有源電力濾波器的基礎(chǔ)。4）20世紀80年代以來新型半導(dǎo)體器件的誕生以及pwm技術(shù)的發(fā)展極大地促進了有源電力濾波器的發(fā)展。5）1986年第一臺900kva的并聯(lián)apf和6600kva并聯(lián)ppf組成混合的apf使用。1988年彭方正等人提出了串聯(lián)混合apf，從此apf的研究進入了一個飛速發(fā)展的時代，并且不斷投入實際應(yīng)用。6）從90年代中期至今，apf的研究主要集中在自適應(yīng)算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，小波算法等新型的參考信號提取方法

7、和控制方法，以及新型數(shù)字控制器的使用。 上世紀90年代之后，有源濾波器為抑制電網(wǎng)諧波、改善供電質(zhì)量的一項重要技術(shù)，在日本、美國、德國等工業(yè)發(fā)達國家已得到了高度重視和日益廣泛的應(yīng)用。目前世界上apf主要生產(chǎn)廠家有日本三菱電機公司、美國西屋電氣公司、瑞士abb、德國西門子公司等。在國內(nèi)有源電力濾波技術(shù)還處于研究試驗階段，例如西安交通大學、清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、華北電力大學、中國電力科學研究院等高等院校、科研院以及少數(shù)公司相繼開展對于apf的研究。我們研究的是基于dsp的有源電力濾波器監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，利用觸摸屏和電能表實現(xiàn)有源電力濾波器參數(shù)的顯示與設(shè)置，以及有源電力濾波器功能選項的設(shè)置等。因此我

8、們主要針對dsp、觸摸屏以及電能表的研究。（三）有源電力濾波器監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)1）數(shù)字信號處理器隨著電力電子技術(shù)特別是數(shù)字信號處理器（dsp）技術(shù)的發(fā)展，apf的諧波監(jiān)測與系統(tǒng)控制也由模擬走向數(shù)字。dsp是一種很合適處理數(shù)字信號的微處理器，實現(xiàn)了實時快速的處理各種數(shù)字信號處理算法，大大的提高了其處理速度。其流程圖如下：抗混疊濾波 a/dd/adsp芯片 平滑濾波輸入輸出 圖2 dsp流程圖1.數(shù)字信號處理器的特點：1）哈佛結(jié)構(gòu)：程序與數(shù)據(jù)存儲獨立尋址。2）指令流水線，取指、譯碼和執(zhí)行等操作可重疊執(zhí)行。3）硬件加法、累加器：一個指令周期內(nèi)可完成一次乘累加。4）多種尋址方式（多總線結(jié)構(gòu)）。5）獨立d

9、ma總線和控制器。6）多處理器接口。7）有jtag接口和標準測試接口：在線仿真與調(diào)試方便。2. 數(shù)字信號處理器的發(fā)展：1）多dsp協(xié)同工作。2）更方便的開發(fā)環(huán)境。3）大量專用dsp的出現(xiàn)。4）更低的價格，更高的性能/價格比。5）更廣泛的應(yīng)用（每年以30%增長）。6）更低的功耗。7）更高的運行速度和處理速度。tms320f2812芯片是目前c2000系列中應(yīng)用最廣泛、最具代表性的芯片。它不僅具有多數(shù)dsp芯片廣泛使用的32位內(nèi)核結(jié)構(gòu)、片內(nèi)/外存儲器映射、時鐘和中斷管理機制，而且還具有事件管理器(ev)、串行通信接口(sci)、串行外設(shè)接口(spi)、多通道緩沖串行口(mcbsp)、can總線模塊

10、和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(adc)等多種片內(nèi)外設(shè)。它為實現(xiàn)高性能、高精度的數(shù)字控制提供了很好的解決方案。2）觸摸屏1.觸摸屏的工作原理 為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給cpu，它同時能接收cpu發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。 2.觸摸屏的主要類型 按照觸摸屏的工作原理和傳輸信

11、息的介質(zhì)，我們把觸摸屏分為四種，它們分別為電阻式、電容感應(yīng)式、紅外線式以及表面聲波式。每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點，要了解那種觸摸屏適用于那種場合， 關(guān)鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點。觸摸屏是一個使多媒體信息或控制改頭換面的設(shè)備，它賦予多媒體系統(tǒng)以嶄新的面貌， 是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。觸摸屏對于各種應(yīng)用領(lǐng)域的電腦已經(jīng)不再是可有可無的東西，而是必不可少的設(shè)備。它極大的簡化了計算機的使用， 即使是對計算機一無所知的人， 也照樣能夠信手拈來，使計算機展現(xiàn)出更大的魅力。解決了公共信息市場上計算機所無法解決的問題。3）電力監(jiān)測儀電力監(jiān)測儀是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智

12、能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計的數(shù)字式多功能網(wǎng)絡(luò)電力監(jiān)測裝置。本論文選擇的是青智儀器zw3432c電力監(jiān)測儀。該設(shè)備能夠?qū)θ嚯娏鳌⑷嚯妷?、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、頻率、50次以內(nèi)的諧波、電壓電流畸變率等測量。接受標準ct和pt輸入，直接測量電壓達500v，可記錄數(shù)據(jù)最大值和最小值及其發(fā)生時間，可修改的具有延時功能的定值報警和繼電器輸出功能，還具有報警事件記錄功能?？赏ㄟ^大液晶顯示屏輕松修改設(shè)置，而且還具有密碼保護功能。符合modbus -rtu協(xié)議帶光電隔離的rs-485通訊接口，還具有擴展功能的接口。本電力監(jiān)測儀的測試對象為（4565）hz和（350-45

13、0hz）交流電壓、電流信號，該設(shè)備還具有高速數(shù)據(jù)處理，高精度，低功耗等特點。設(shè)備實物如圖3所示：圖4.17 電力監(jiān)測儀 圖 圖3青智儀器zw3432c電力監(jiān)測儀監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能，即觸摸屏所顯示的內(nèi)容包括：系統(tǒng)參數(shù)顯示即電壓和電流及電流的畸變率；系統(tǒng)功率和功率因數(shù)顯示；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置即2-50次諧波選擇；諧波電流顯示，三相2-10次諧波電流含有率、三相11-20次諧波電流含有率、三相21-30次諧波電流含有率、三相31-40次諧波電流含有率、三相41-50次諧波電流含有率；柱狀圖顯示a相諧波電流含有率。 二、工作過程1）查閱了智能電力監(jiān)測儀、觸摸屏、有源電力電力濾波器和dsp技術(shù)的相關(guān)資料和書

14、籍。2）掌握了電力監(jiān)測儀、觸摸屏、有源電力濾波器以及dsp的工作原理。3）確定了使用電力監(jiān)測儀和觸摸屏實現(xiàn)對有源電力濾波器的監(jiān)測，并且掌握了他們之間如何進行數(shù)據(jù)傳輸。 三、遇到的問題1.有源電力濾波器數(shù)據(jù)采集問題。 2.利用電力監(jiān)測儀和觸摸屏實現(xiàn)有源電力濾波器參數(shù)的顯示與設(shè)置，以及有源電力濾波器功能選項的設(shè)置等。四、解決問題的方法、效果與啟示1. 參閱網(wǎng)上與圖書館的相關(guān)文獻，根據(jù)教程熟悉基于dsp的有源電力濾波器的使用以及電力監(jiān)測儀、觸摸屏的設(shè)計與使用。2. 對于總體構(gòu)架的選擇，盡量多的了解國內(nèi)外現(xiàn)有的構(gòu)架，并對其進行分類，分析其優(yōu)缺點，這樣在選擇時便容易下手。通過對以上問題以及在設(shè)計過程中各

15、種問題的解決，我認識到清晰的知識脈絡(luò)對課題設(shè)計的重要性，這些解決問題的經(jīng)驗將成為自己以后工作中的寶貴財富。 五、完成進度1. 完成了查閱資料工作，明確了研究方向，對設(shè)及內(nèi)容有了總體了解。2. 完成前期報告。參考文獻：1 宋文南，劉寶仁電力系統(tǒng)諧波分析北京：中國電力出版社，1998.2 吳竟昌電力系統(tǒng)諧波北京：水利電力出版社，1998.3 王兆安，楊君，劉進軍諧波抑制和無功功率補償（第二版）北京：機械工業(yè)出版社，2005.4 lin haixue. analysis on some foreign harmonic voltage standards. power supply and use,

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