微网逆变器及电能质量治理综合装置apf部分软件(附件)
随着各种非线性负载和换流设备的广泛应用，使得微网中的电能质量污染变得十分严重，补偿微网中的谐波，改善供电质量成为迫切需要解决的问题。有源电力滤波器（APF）是抑制微网谐波的有效手段。本文主要是对APF的软件部分进行设计，重点研究了谐波的检测算法和APF的滞环控制和三角载波控制方法。并通过仿真,对比了p-q法和ip-iq法在三相三线制中的谐波检测效果，并得出ip-iq法检测效果好。并根据ip-iq法和滞环控制算法对APF整体仿真，验证本次设计是有效的。最后依据瞬时无功功率算法和硬件的相关要求进行DSP系统软件进行了设计，设计主要包括总体功能的确定、主程序流程及事件管理器流程等。本系统设计方案能够对微网中各种谐波进行滤除，运用在电力系统中，将会显著的提高电能质量。关键词 微网，电能质量，有源电力滤波器，DSP目录
1.绪论 1
1.1谐波的产生和危害 1
1.2电网谐波的标准 2
1.3谐波的治理措施 3
1.4本文主要研究内容 4
2国内外技术发展现状 4
2.1有源电力滤波器的分类 4
2.2有源电力滤波器的研究现状 7
3.谐波电流检测算法 8
3.1瞬时无功功率理论 8
3.2谐波电流实时检测 10
3.3谐波电流检测算法的仿真分析 12
4APF控制算法研究 18
4.1滞环比较控制算法 18
4.2三角波比较控制算法 20
4.3 APF的总体控制环节 20
4.4 APF控制算法的仿真分析 21
5 APF系统软件设计 23
5.1软件总体功能概述 23
5.2主程序组成与流程 23
5.3中断子程序及流程 24
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附件1：相关程序 31
1.绪论
1.1谐波的产生和危害
1.1.1谐波的产生
随着接入微网中负载越来越多样，大量的谐波混入微网中，电网中电流电压信号发生畸变，导致微网的电能质量逐渐变差，微网受
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
r /> 5.3中断子程序及流程 24
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附件1：相关程序 31
1.绪论
1.1谐波的产生和危害
1.1.1谐波的产生
随着接入微网中负载越来越多样，大量的谐波混入微网中，电网中电流电压信号发生畸变，导致微网的电能质量逐渐变差，微网受到污染的程度越来越严重，这将直接带来电力系统稳定性及安全性变差的问题，对日常生活和生产也造成了很大的影响。电网阻抗上的谐波电流不仅会造成大量的不必要的消耗，使得效率下降，而且会造成电压降低，对电能质量要求高的设备造成严重影响。因此，急需要这样一个装置能够对电网中变化的谐波分量进行实时的滤除，以减少谐波对电网产生的影响[1-2]。
早在上世纪20年代左右, 谐波造成的危害就引起了科学家们的注意。到了60年代以后,一些欧洲国家针对谐波开展了大量的研究，而且伴随着高压直流输电技术的发展，人们对电能质量的要求越来越高。进入70年代后，随着功率半导体技术日益成熟，众多大容量变流设备与非线性负荷等在工业、生活和民用部门大量的投入，从而给电网中注入了大量的谐波,使得电能质量遭到下降，因此引起了世界各地的高度关注。
造成电网污染主要谐波源包括[3]：发电机、电弧炉、荧光灯、变压器、变频器、开关电源等非线性设备。
1.1.2谐波的危害
电力系统的谐波会给输配电系统带来安全威胁，而且干扰电网附近的用户设备的正常运转，严重时甚至损害设备以致危害人身安全。
谐波危害归纳有以下几点：
(1) 造成额外的器件损耗，导致供电、输电效率不高，损耗使得局部发热严重。另外，若特定的谐波过量，注入中线会导致线路发热甚至导致线路起火。
(2) 造成继保设备误动作，会使测量仪器的测量造成误差。
(3) 对电网附近用户设备产生干扰。导致电机发热、带来额外的损耗、使转矩脉动；造成电缆的绝缘老化以致损坏；增加了变压器绕组的铜耗和铁耗，并使局部发热量增大等。
(4) 干扰附近的通信设备。即使谐波含量不高，但是如果耦合到通信系统中可能带来不可忽视的威胁，轻则附加噪音，降低信号质量；重则造成信号丢失，中断通信，造成经济损失。
(5) 使电力系统产生局部谐振，从而将之前所给出的危害放大了，由此可能导致更严重的后果。
当前，谐波所带来的危害引起了世界各国的重视，谐波抑制已经成为电力电子相关领域内的重大课题。
1.2电网谐波的标准
国际上已经不止一次的对谐波问题召开了学术会议，谐波问题已经成为一个全球性的难题。在研究谐波问题时，必须有一个标准，从而将电力系统中的谐波含量限定在一定范围内，因此，针对电网谐波，许多国家制定了国家标准。
以下给出了检验波形畸变的两个参数指标：
（1）总谐波畸变率THD为
(1-1)
上面式子中X可分别代表电压U或电流I,Xn代表的是第n次谐波的有效值，m代表的是最高次谐波的次数。
（2）分别定义n次谐波电压含有率HRUn (Harmonic Ratio U) 和n次谐波电流含有率HRIn (Harmonic Ratio I)为
(1-2)
(1-3)
HRUn 和HRIn 对于电能质量高低的判定具有决定性的意义。通常，先限定THD的大小，再根据谐波次数限定HRUn（HRIn）的大小。
（1）低压电网THD允许值
国外给出的允许值的大小为5%。以此值为基础，才可以计算中高压电网的的THD。
（2）各级电网电压THD限值
为了明确各级用电设备与谐波之间的关系,日本东芝公司对于谐波的定义，给出的指标为:对于谐波在25次以内的,补偿率比80%大的,负载谐波量比30%小的,补偿后的网侧谐波应低于6%。
我国在2011年11月20日发布了针对低压等级的APF行业标准，即JB/T 11067-2011《低压有源电力滤波装置》，该标准已经于2012年4月开始实行起。其中指出：对于应用与三相三线制380V等级的APF系统，可对于2-25次谐波进行补偿，当负载电流畸变率≥20%（<20%）时，总谐波补偿率≥85%（≥70%）。
1.3谐波的治理措施
当前，主要在两个方面来抑制谐波，即分为主动和被动抑制。主动抑制即改造谐波源，减少其谐波发生量，如采用PWM整流技术；被动抑制就是安装谐波补偿装置来对谐波进行补偿,其工作原理就是把谐波源所产生的谐波给抵消掉,从而不让它进入电网中。
主动抑制的具体措施主要有[4]：
（1）多相变流技术。通过使用相互间存在一定移相角的变压器或者对变流设备进行改造，能够降低谐波含量，但是这样增加了设备的复杂程度。
（2）多重化技术。为了降低低频谐波的含量，将多个变
1.绪论 1
1.1谐波的产生和危害 1
1.2电网谐波的标准 2
1.3谐波的治理措施 3
1.4本文主要研究内容 4
2国内外技术发展现状 4
2.1有源电力滤波器的分类 4
2.2有源电力滤波器的研究现状 7
3.谐波电流检测算法 8
3.1瞬时无功功率理论 8
3.2谐波电流实时检测 10
3.3谐波电流检测算法的仿真分析 12
4APF控制算法研究 18
4.1滞环比较控制算法 18
4.2三角波比较控制算法 20
4.3 APF的总体控制环节 20
4.4 APF控制算法的仿真分析 21
5 APF系统软件设计 23
5.1软件总体功能概述 23
5.2主程序组成与流程 23
5.3中断子程序及流程 24
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附件1：相关程序 31
1.绪论
1.1谐波的产生和危害
1.1.1谐波的产生
随着接入微网中负载越来越多样，大量的谐波混入微网中，电网中电流电压信号发生畸变，导致微网的电能质量逐渐变差，微网受
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
r /> 5.3中断子程序及流程 24
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附件1：相关程序 31
1.绪论
1.1谐波的产生和危害
1.1.1谐波的产生
随着接入微网中负载越来越多样，大量的谐波混入微网中，电网中电流电压信号发生畸变，导致微网的电能质量逐渐变差，微网受到污染的程度越来越严重，这将直接带来电力系统稳定性及安全性变差的问题，对日常生活和生产也造成了很大的影响。电网阻抗上的谐波电流不仅会造成大量的不必要的消耗，使得效率下降，而且会造成电压降低，对电能质量要求高的设备造成严重影响。因此，急需要这样一个装置能够对电网中变化的谐波分量进行实时的滤除，以减少谐波对电网产生的影响[1-2]。
早在上世纪20年代左右, 谐波造成的危害就引起了科学家们的注意。到了60年代以后,一些欧洲国家针对谐波开展了大量的研究，而且伴随着高压直流输电技术的发展，人们对电能质量的要求越来越高。进入70年代后，随着功率半导体技术日益成熟，众多大容量变流设备与非线性负荷等在工业、生活和民用部门大量的投入，从而给电网中注入了大量的谐波,使得电能质量遭到下降，因此引起了世界各地的高度关注。
造成电网污染主要谐波源包括[3]：发电机、电弧炉、荧光灯、变压器、变频器、开关电源等非线性设备。
1.1.2谐波的危害
电力系统的谐波会给输配电系统带来安全威胁，而且干扰电网附近的用户设备的正常运转，严重时甚至损害设备以致危害人身安全。
谐波危害归纳有以下几点：
(1) 造成额外的器件损耗，导致供电、输电效率不高，损耗使得局部发热严重。另外，若特定的谐波过量，注入中线会导致线路发热甚至导致线路起火。
(2) 造成继保设备误动作，会使测量仪器的测量造成误差。
(3) 对电网附近用户设备产生干扰。导致电机发热、带来额外的损耗、使转矩脉动；造成电缆的绝缘老化以致损坏；增加了变压器绕组的铜耗和铁耗，并使局部发热量增大等。
(4) 干扰附近的通信设备。即使谐波含量不高，但是如果耦合到通信系统中可能带来不可忽视的威胁，轻则附加噪音，降低信号质量；重则造成信号丢失，中断通信，造成经济损失。
(5) 使电力系统产生局部谐振，从而将之前所给出的危害放大了，由此可能导致更严重的后果。
当前，谐波所带来的危害引起了世界各国的重视，谐波抑制已经成为电力电子相关领域内的重大课题。
1.2电网谐波的标准
国际上已经不止一次的对谐波问题召开了学术会议，谐波问题已经成为一个全球性的难题。在研究谐波问题时，必须有一个标准，从而将电力系统中的谐波含量限定在一定范围内，因此，针对电网谐波，许多国家制定了国家标准。
以下给出了检验波形畸变的两个参数指标：
（1）总谐波畸变率THD为
(1-1)
上面式子中X可分别代表电压U或电流I,Xn代表的是第n次谐波的有效值，m代表的是最高次谐波的次数。
（2）分别定义n次谐波电压含有率HRUn (Harmonic Ratio U) 和n次谐波电流含有率HRIn (Harmonic Ratio I)为
(1-2)
(1-3)
HRUn 和HRIn 对于电能质量高低的判定具有决定性的意义。通常，先限定THD的大小，再根据谐波次数限定HRUn（HRIn）的大小。
（1）低压电网THD允许值
国外给出的允许值的大小为5%。以此值为基础，才可以计算中高压电网的的THD。
（2）各级电网电压THD限值
为了明确各级用电设备与谐波之间的关系,日本东芝公司对于谐波的定义，给出的指标为:对于谐波在25次以内的,补偿率比80%大的,负载谐波量比30%小的,补偿后的网侧谐波应低于6%。
我国在2011年11月20日发布了针对低压等级的APF行业标准，即JB/T 11067-2011《低压有源电力滤波装置》，该标准已经于2012年4月开始实行起。其中指出：对于应用与三相三线制380V等级的APF系统，可对于2-25次谐波进行补偿，当负载电流畸变率≥20%（<20%）时，总谐波补偿率≥85%（≥70%）。
1.3谐波的治理措施
当前，主要在两个方面来抑制谐波，即分为主动和被动抑制。主动抑制即改造谐波源，减少其谐波发生量，如采用PWM整流技术；被动抑制就是安装谐波补偿装置来对谐波进行补偿,其工作原理就是把谐波源所产生的谐波给抵消掉,从而不让它进入电网中。
主动抑制的具体措施主要有[4]：
（1）多相变流技术。通过使用相互间存在一定移相角的变压器或者对变流设备进行改造，能够降低谐波含量，但是这样增加了设备的复杂程度。
（2）多重化技术。为了降低低频谐波的含量，将多个变
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