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兼具直流偏磁与谐波补偿装置的关键问题研究.pdf


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摘 要
近年来,随着科学技术的发展与进步,大量的电力电子装置的应用对电网造成
很大的谐波污染,同时作为正在快速发展的输电技术之一,高压直流输电技术会造
成换流站附近的电力变压器的中性点电位漂移,使电力变压器发生直流偏磁现象,
由此产生的谐波也对电网造成污染,严重影响电能质量。与此同时先进的用电设备对
电能质量的要求越来越苛刻,这对尖锐的矛盾极大的制约了经济的发展步伐。
针对国家提出的建设智能电网的要求以及威胁电网安全稳定运行的两个因素,
本文提出了兼具直流偏磁补偿功能的有源电力滤波器(简称 APF)。文中主要介绍了
谐波污染和直流偏磁的成因及危害,分析目前市场上已存在 APF 的拓扑结构,并针
对本课题选择适合的结构,对其数学模型进行了详细的推导;选取了切比雪夫滤波
器作为本文所使用的滤波器,对其优势进行了论述,并面向本课题设计了一个多阶
的切比雪夫数字滤波器,实现基波电流与谐波电流的分离,提高了计算速度,降低
了 DSP 的运算量,为实时的补偿谐波电流提供了可靠的保障;对于直流偏磁补偿的
功能,推导了当此系统工作于直流偏磁补偿状态下时的数学模型;根据实验装置的
电压等级和容量,进行了系统硬件设计并提出了通用的设计原则,对于元件参数选
择的依据也进行了详细的说明,设计谐波检测电路、吸收电路、IGBT 驱动电路,
最后给出了每个元件的具体参数以及整体设计方案;根据 APF 在两种工作状态下不
同的数学模型,分别进行了程序的编写,同时根据性能要求选择了 TI 公司的 F2812
芯片作为主控芯片,实现谐波电流的检测和 SVPWM 调制,控制主电路输出电网所
需要的电流,从而达到谐波治理的目的。利用 MATLAB/SIMULINK 进行了仿真,
验证该实验装置在谐波治理和直流偏磁补偿方面的效果。在最后针对实验装置的难
点及不足,提出下一步工作展望。

关键词:有源电力滤波器,直流偏磁,谐波电流检测,切比雪夫滤波器
I
Study of DC Magnetic Bias and Harmonic
Current Compensation's key Issues
Abstract
With the development and progress of the science and technology, the application
for a lot of power electronic equipment and other perceptual load caused great harmonic
pollution in recent years. At the same time, the more advanced the electric equipments is,
the high power quality is demanded. The sharp contradiction has greatly restricted the
pace of the economic development. The harmonic content has become the important
power index the same as voltage and frequency. Meanwhile, as one of the rapid
development and transmission technology, HVDC transmission technology will have
great interference on the power transformer nearby when in the state of single earth loop.
The interference mainly reflects in neutral potential drift, which will make the power
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