40000字硕士毕业论文并联理论有源电力滤波器的研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：40000字

论点：谐波,电流,电压

论文概述：

随着现代电力电子技术的日益成熟，人们对电能的利用也更加的充分和合理，在家用电器和工业电气设备中形形色色的整流和逆变装置得到了普遍使用，提高了生产效率，改善了人们的生活。

论文正文：

介绍

1.1谐波的产生和影响
根据国际电工标准(iec:国际电工委员会)(IEC555 -2，1982)，谐波被定义为周期量的傅立叶级数大于1的h阶分量。在线性无源元件的电阻器R、电感器L和电容器C两端施加正弦电压时，电阻器R、电感器L和电容器C两端的电压和电流分别具有比例、积分和微分关系，并且具有相同频率的正弦波形。当正弦电压施加到非线性电路时，负载电流是非正弦的，并且非正弦负负载电流在电网阻抗上产生电压降，从而导致电网电压波形出现失真和非正弦。对于周期为T =2π /ω的非正弦电网电压u (ω t)，它通常满足德赖利条件，用傅立叶级数写成如下:

1.1.2谐波影响
电网中的谐波流动将导致线路有功功率损失。由于谐波具有高频特性，线路上会出现趋肤效应，从而增加了谐波电阻和线路的附加损耗。在输电网中，谐波不仅会造成上述损耗，还会使电压波形尖峰，加速电路电缆绝缘老化，导致浸渍电缆绝缘局部放电，进而缩短线路电缆的使用寿命。当电网中的大电流谐波流经断路器时，电流通过零点时，谐波将是正常运行的几倍，从而降低断路器的分断能力。在谐波电流严重的情况下，一些断路器的磁吹线圈不能正常工作，从而对断路器造成损坏。在住宅用电中，由于家用电器的广泛使用，电网中会有大量的三次谐波分量。当大量三次谐波电流流过零线时，零线中的电流将比各相电流大几倍。然而，由于设计中没有考虑该电流，中性线导体的线径在正常设计时将相对较薄。因此，当大量三次谐波电流流过中性线时，会造成严重后果，如过载、过热、绝缘损坏、短路和火灾。
在工业电力中，谐波会导致电机和变压器的额外损耗和过热，从而导致机械振动、噪声和过电压。由于谐波电流的趋肤效应，同步电机转子中的阻尼绕组、槽楔和套圈会发热。异步电动机谐波产生的谐波电压引起的磁饱和将进一步加剧电动机的附加损耗和发热。谐波电流流入变压器时，变压器的铁铜损耗会增加，谐波的高频特性会加剧变压器的趋肤效应，进一步增加铁损，增加变压器发热，进而使变压器产生噪声。

1.2有源电力滤波器的研究意义
随着功率半导体开关器件的快速更新、控制技术的快速发展以及换流设备功率水平需求的进一步提高，电能质量的安全性越来越受到人们的重视，电能质量的控制刻不容缓。目前，解决电力电子设备对公共电网污染问题的方法主要有两种，一种是无源抑制法，对电网中的谐波进行滤波和补偿，另一种是有源抑制法，对电力电子设备自身的谐波进行抑制，使其功率因数达到理想值。
目前，越来越多的各种负载设备采用可变电流方式，这使得其设备的负载特性越来越复杂，谐波源也越来越多。然而，以往的无源补偿装置存在许多缺陷，难以满足实际应用的需要。因此，迫切需要开发能够更好地提高电能质量的新型电力电子设备。随着GTO、IGBT、IGCT等大功率关断装置的出现和相关技术的成熟，有望在不久的将来实现有效的功率补偿。随着我国越来越重视有源电力滤波器对电力系统的谐波补偿，源电力滤波器的研究成为近年来的热点，具有重要的研究意义。此外，中国“十二五”规划中提到的能源问题体现了节能的重要性，有源电力滤波器具有很好的研究前景。

有源电力滤波器的
2谐波电流检测技术

2.1瞬时无功功率理论简介
瞬时无功功率理论最初是基于瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q提出的，并以瞬时有功电流pi和瞬时无功电流qi等物理量加以完善和补充。目前，基于瞬时无功功率理论的检测方法有p q检测法和pqi检测法。基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法最重要的特点之一是其良好的实时性。利用这种方法，可以在仅检测无功电流的情况下毫不延迟地获得检测到的无功电流。因此，自20世纪80年代提出以来，它在许多方面得到了成功的应用。
虽然在上述滤波器的设计中有相应的数学模型，参数的计算和设置也很方便，但在实际应用中很好地实现其功能特性仍然相对困难。例如，在数字信号处理器中，当计算复数小数时，其精度很难满足条件。命令电流运算电路中的低通滤波器LPF要求三相电路中的基波分量不衰减，而只衰减三相电路中的非功率分量和谐波分量，即两相电路中的直流不衰减，只衰减交流。根据0f = f，即接近特征频率的频率特性的特征，滤波器可分为三种类型:巴特里弗h型、切比雪夫型和贝塞尔型。图2.4显示了这三种低通滤波器(LPF)的幅频特性。毛茛h的幅频特性曲线呈单调下降趋势，在0f = f附近没有峰值，切比雪夫曲线衰减斜率最大，截止特性在0f = f附近最好，贝塞尔的相频特性没有峰值，过渡特性最好是[29]。在综合分析上述过渡和仿真结果的基础上，本文选择巴特沃斯。

3补偿电流控制技术..............................26-36
3.1定期采样控制模式..............................27-28
3.2三角载波控制模式..............................28
3.3迟滞控制模式..............................28-30
3.4电压空矢量控制方法模式..............................30-35
3.5本章概述..............................35-36
4有源电力滤波器DC侧电压控制技术..............................36-48
4.1有源电力滤波器DC侧电容的选择..............................37-40
4.2有源电力滤波器DC侧电容电压的选择..............................40-44[/溴/] 4.3有源电力滤波器DC侧电容电压的控制..............................44-47
4.4本章总结了以下仿真分析..............................47-48
5并联有源电力滤波器..............................48-73
5.1 MATLAB电力电子仿真软件..............................48
5.2电力系统组件模块..............................48-50
在MATLAB仿真软件5.3负载模型中..............................50-53
5.4有源电力滤波器主电路参数设置..............................53-61
5.5谐波检测模块仿真..............................61-62
5.6补偿电流模块模拟..............................62-63
基于仪表板iq操作模式5.7 DC侧电压控制模块仿真..............................63-65
5.8整体系统模拟和波形分析..............................65-72

结论

自有源电力滤波器的基本概念在20世纪60年代和70年代形成以来，随着大中型功率全控半导体器件技术的成熟、脉宽调制(脉宽调制)控制技术的快速发展以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测策略的提出，有源电力滤波器的研究取得了前所未有的发展。本课题主要完成以下五个方面:
(1)介绍了有源电力滤波器的基本原理和分类，重点分析了并联有源电力滤波器的结构和原理。
(2)在理论基础上，对各种有源电力滤波器的电流检测算法进行了研究和分析。
(3)通过对各种电流控制方法的分析比较，选择电压控制矢量控制方法对补偿电流进行跟踪和补偿。
(4)描述了DC侧能量流。通过了解和选择DC侧电压和DC侧电容，采用电容电压的常用PI控制方法来控制DC侧电压。
(5)对主要电路参数进行了计算分析，并用电力电子仿真软件对各个模块进行了仿真分析，为本文所用有源电力滤波器在未来实践中的应用提供了一定的理论依据。