基于FPGA实现的三电平有源电力滤波器

作     者：夏玉政 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邢岩

授予年度：2021年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：有源电力滤波器 三电平 中点电位 广义信号延迟对消 FPGA控制器 

摘      要：为应对日益严重的环境污染和温室效应问题,我国的能源结构和能源消费形式正在快速转型升级,新型发变电设备和用电负荷的大量使用急剧恶化了供电质量,有源电力滤波器作为一种高效典型的电能质量综合治理装置,将逐渐大规模应用于工业生产中。为进一步提升有源电力滤波器的工作可靠性和补偿性能,本文对其关键技术进行研究。本文首先分析了二极管中点箝位型三电平拓扑的基本工作原理。针对三电平结构的直流侧中点电位偏移问题,推导了三电平SVPWM策略和CBPWM策略的调制波等效关系,同时指出了调整小矢量作用时间和注入零序分量之间的本质联系。在此基础上,分析了传统均压方法在不同电流输出波形下的局限,并给出了适用于两种调制策略的改进方法。其次,从广义信号延迟对消算子的谐波消除特性出发,推导出一种能控制特定族谐波的电流控制器。为分析该控制器的特性,统一了基于广义信号延迟对消的控制器和重复控制器的表达式,运用小增益定理求解了一般性结构的稳定域,结果表明前者拥有更大的稳定区域。根据典型的谐波补偿工况,给出了控制器的数字实现形式和参数设计过程。然后,研究了基于FPGA控制器的软件算法实现,分析了各个模块的具体实现和系统时序。通过对比FPGA和DSP构成的电力电子数字控制系统,阐释了FPGA在运算速度上的显著优势。最后搭建了硬件实验平台,首先验证了两种三电平调制策略的等效性,并在各种电流输出情况下验证了中点均压方法。接着运用基于广义信号延迟对消的控制器和快速重复控制器测试了谐波补偿效果,验证了理论分析的正确性。