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38000字硕士毕业论文有源电力谐波和功率因数补充控制器的研究与实现

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38000字
论点:谐波,无功,电流
论文概述:

本文在整理了国内外相关文献之后,系统分析了目前用于谐波抑制和无功补偿的各种方案,对有源电力滤波的工作原理及其作用做了介绍并阐述了各种类型的有源滤波器在谐波抑制中的作用。

论文正文:

第一章导言

1.1电力谐波问题
近年来,随着电力电子设备的广泛使用,这些非线性设备产生的谐波问题对电网的正常运行构成威胁,负荷设备在高次谐波的影响下会产生许多问题。因此,谐波的检测和补偿问题受到了重视。谐波源是指各种非线性负载装置。电网电压是正弦的。当直接负载在电阻负载上时,产生的电流为正弦曲线。然而,如果负载为非线性负载时电流失真,产生的电流将包含基波电流和高次谐波电流。在供电系统中,电压和电流通常按正弦模式进行分析。正弦电压在上式中可以表示为u (t )2Usint(1-1),u是电网电压的有效值;ω-角频率;α-电压的初始相角。
电网中的谐波源主要有两个方面:一是含有非线性元件的电力电子设备,包括功率开关器件,如各种整流、逆变和调压设备;第二,具有铁磁性和电弧的铁磁谐振设备,如交流电弧炉、变压器等。谐波对电网和电力设备的危害主要体现在以下几个方面:
(1)谐波对电网的危害。谐波给电网中的电力设备造成额外的谐波损耗,恶化供电质量,降低输配电设备的使用效率,增加电网的线损,甚至使负荷无法正常运行。在三相四线制系统中,零序谐波电流,特别是3倍和整数倍的电流,会在中性线上流动,导致过热。
(2)谐波会产生额外的热效应,导致电气设备发热、绝缘老化和设备使用寿命缩短;
(3)谐波会导致继电器等保护设备的误操作和测量仪器读数不准确。
(4)谐波很容易在电网和补偿电容器之间引起并联谐振或串联谐振,这会将谐波电流放大几倍甚至几十倍,导致过电流和对电容器以及与之相连的电抗器和电阻器的损坏。
(5)谐波通过电磁耦合干扰附近的通信系统,使通信信号失真。目前,解决电网和电力设备谐波污染主要有两个基本思路:一是安装谐波补偿装置,广泛适用于谐波抑制和无功补偿。二是改造电力电子设备本身,或改进电气设备,使其不产生或减少谐波的产生,并使功率因数接近1。
对于谐波补偿装置,液晶无源滤波器(LC PassiveFilter),也称为无源滤波器,也称为PF滤波器,是最早应用的滤波器装置。根据谐振原理,它以某种方式将电抗器、电力电容器和电阻器结合起来,以消除谐波。如图所示,
有源电力滤波器(APF)是一种能够动态抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子器件。与无源滤波器相比,有源电力滤波器可控性高,响应速度快,能够补偿谐波。有源电力滤波器能够跟踪电网频率的变化,不易谐振。该控制电路易于实现限流保护,体积小,重量轻。由于上述优点,有源电力滤波器已经成为抑制谐波和提高功率因数的重要方法,受到了极大的关注。

1.2无功功率影响和动态补偿
功率因数反映发电机发出的总功率的有效利用率。如果发射的总功率恒定,功率因数越大,能量利用率越高。这样,负载中的无功功率可以最小化,大部分总视在功率以有功功率的形式提供给负载,电能传输的效率和最终利用率将大大提高。
工业生产和生活中使用的大部分电气负载都是电阻负载,消耗大量无功功率。例如,在工农业生产中广泛使用的异步电动机、变压器等设备是电网无功功率消耗的主要设备。此外,输电系统本身吸收的无功功率也占很大一部分。
(1)负载中的大量感应设备消耗大部分无功功率。异步电动机等电阻感应负载必须从电网吸收无功功率,以维持其正常运行。异步电动机消耗生产企业总无功功率的一半以上,其空负载期间消耗的无功功率也将占消耗无功功率的大部分。
(2)变压器也是无功功率的“大用户”,消耗其总容量的10%左右。其空负载无功功率损耗远远高于满载损耗。
(3)电网电压过高会对无功功率产生很大影响。由于磁路饱和,当电源电压高于额定电压的10%时,无功功率损耗将增加三分之一。虽然降低电源电压可以降低无功功率,提高功率因数,但当电压低于电气设备的额定值时,设备无法正常工作。

第二章有源电力滤波器和功率因数补偿器

2.1有源电力滤波器的分类和工作原理
有源电力滤波器可分为四种类型:串联型、并联型、串并联型和混合型。它们适用于不同的场合,适用于不同的补偿对象。

2.1.1并联有源电力滤波器并联有源电力滤波器
在实际生产中使用最广泛。它相当于受控电流源,主要用于补偿感应负载设备引起的谐波电流。如图2-1所示,这是单相有源电力滤波器运行的示意图,但在实际应用中,主要使用三相。
并联有源电力滤波器系统由两部分组成:一是指令电流运算电路,包括谐波检测和补偿电流计算;第二个是补偿电流发生器。在上图中,显示了电源电流、负载电流和补偿电流。谐波检测电路负责分离负载电流中包含的谐波成分和无功成分,然后将它们反转并产生补偿电流的指令信号,控制电路根据该值输出触发脉冲,并通过驱动隔离电路驱动主电路的功率开关器件产生补偿电流。

第三章谐波和无功电流检测方案..............................26-36
3.1基于自适应神经网络..............................27-30
3.1.1自适应噪声消除技术..............................27[/比尔/] 3.1.2基于自适应线性神经元..............................27-30
3.2基于瞬时无功功率理论,..............................30-34
第四章有源滤波器和功率因数补偿装置..............................36-53
4.1有源电力滤波器的控制方法..............................36-40 [/BR/] 4.1.1有源电力滤波器主电路的控制方法..............................36-38
4.1.2迟滞比较控制的基本思想..............................38-40[/溴/] 4.2迟滞比较控制..............................基于模糊控制4.2.1输入模糊化的40-45
..............................41-43
4.2.2模糊规则的确定..............................43-44
4.2.3澄清输出H..............................44-45 [/BR/] 4.3有源电力滤波器DC侧电压控制..............................45-48
4.4晶闸管开关电容器组..............................48-53[/溴/] 4.4.1温度控制系统的脉冲触发..............................48-49
4.4.2总开关转换过程研究..............................49-51[/比尔/] 4.4.3技术服务中心系统控制策略..............................51-53
第五章系统仿真结果..............................53-67 [/BR/] 5.1系统电气参数的设置..............................53-54 [/BR/] 5.2系统仿真模型..............................54-58[/溴/] 5.2.1有源电力滤波器零件..............................55-57
5.2.2晶闸管开关电容器组零件..............................57-58
5.3模拟结果分析..............................58-67

结论

在深入分析目前用于谐波补偿和无功补偿的各种工具后,介绍了各种类型的有源电力滤波器。谐波抑制和无功补偿是两个相对独立的课题。讨论了它们之间的相互交叉集成。提出了并联有源滤波器和晶闸管开关电容联合应用的方案。分析了两者的联合使用。
研究了并联有源滤波器的结构、原理及其在谐波抑制中的作用,比较了电流谐波和无功电流检测方法,分析了自适应神经网络的谐波检测算法。比较分析了基于瞬时无功功率的PQI法和PQI法。为了便于分析和研究,在作业成本法坐标系下建立了有源电力滤波器和台积电组合系统的数学模型。在此基础上,分析了整个系统的控制结构和控制方法。分析了逆变器的电流跟踪控制、DC电压控制和开关电容控制方案。
针对固定磁滞回线宽度引起的功率器件开关频率问题,采用基于模糊控制的可变磁滞回线宽度方案,并在不同的误差电流条件下采用不同的回线宽度阈值,以寻求功率器件控制精度与开关损耗之间的最佳折衷。DC侧电压采用π控制和调节方案,在电压保持基本恒定的前提下,与交流侧发生能量相互作用。晶闸管投切电容器组部分选择了合适的检测物理量,分析了投切时电容器剩余电压应满足的条件。