38000字硕士毕业论文基于小波理论的混合有源电力滤波器探讨

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38000字

论点：谐波,滤波器,无源

论文概述：

随着电力电子技术近年来的飞速发展，有源滤波器（Active Power Filter,APF）的研究逐渐成为解决谐波抑制问题的关键。有源电力滤波器系统由指令电流计算电路和补偿电流发生电路两大部分组成，

论文正文：

介绍

1.1主题背景

1.1.1电力系统中谐波的定义
在供电和配电系统中，通常预期交流电压和交流电流为正弦曲线。正弦电压可表示为施加在线性无源负载上的u (t) = 2u sin (ω t+α)正弦电压，其电流和电压分别为比例、积分和微分关系，频率不会改变。然而，当正弦电压施加到非线性负载时，电流将变成非正弦波，并且非正弦波电流将在电网阻抗上产生电压降，导致电压波形变成非正弦波。同时，当向线性电路施加非正弦电压时，电流也是非正弦的。对于周期为2Tω=的非正弦电压u (ω t)，一般满足德赖利条件，可将其分解为以下形式的傅立叶级数:

1.1.2谐波源和危害
公共电网中的谐波源主要是各种电力电子设备、发电机、变压器、电弧炉、荧光灯等。在电力电子设备广泛应用之前，主要谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机。经过电力电子器件的大量应用，它已经成为主要的谐波源。整流器设备占电力电子设备的最大比例。
晶闸管相控整流电路和二极管整流电路几乎都用在普通整流电路中，其中三相桥式整流电路和单相桥式整流电路最为常见。电阻负载整流电路引起的谐波污染和功率因数滞后越来越受到重视。DC侧带电容滤波器的二极管整流电路也是一个严重的谐波污染源。这种电路的输入电流的基波分量的相位与电源电压的相位大致相同，因此基波功率因数接近1，但其输入电流具有大的谐波分量，对电网造成严重污染，使总功率因数非常低。此外，采用相位控制模式的电力电子设备，如交流功率调节电路和循环变换器，也会在输入侧产生大量谐波电流。
除了上述电力电子设备之外，逆变器、DC斩波器和间接DC-DC转换器也被广泛使用。虽然这些装置不直接产生谐波，但它们的DC功率主要来自整流电路，因此它们的谐波污染也非常严重。在这些设备中，各种开关电源、不间断电源和电压型变频器的使用日益增多，它们对电网的谐波污染也日益突出。特别是近年来广泛使用的各种容量的变频器充斥在电网的各级负荷中，带来的谐波问题非常严重。
(1)谐波对供电和配电网络中的设备和负载造成额外的谐波损耗，导致网络供电质量下降。通过中性线的三次谐波流量过大会使中性线过热，直到发生火灾。
(2)谐波影响各种电气设备的正常运行。例如，谐波对变压器的影响不仅会导致额外的损耗，还会产生额外的噪声和过压，导致严重的局部过热。谐波还会使电容器、电缆和其他设备过热，导致绝缘老化和使用寿命缩短。
(3)谐波会导致继电保护和自动装置误操作，从而缩短使用寿命，降低断路器和自动重合闸等装置的可靠性，以及电气测量仪器的测量不准确。
(4)在旋转电机中，谐波的存在会增加损耗、发热、机械振动和过电压，严重影响电机的使用寿命。
(5)谐波会对相邻通信系统造成干扰和噪声，降低通信质量，严重时甚至会造成信息丢失，使通信系统无法正常工作。
(6)谐波会导致精密电气设备的可靠性降低，相关部件出现故障甚至损坏。

2谐波检测的基本理论

谐波检测是滤波器的核心部分。作为负责检测和计算有源电力滤波器补偿电流的命令电流计算电路模块，它直接影响有源电力滤波器的补偿性能。本章通过分析传统谐波检测方法傅立叶变换的特点及其在谐波检测中的优缺点，介绍了小波变换，并详细讨论了小波变换的定义、性质、时频特性及相关变换理论，为探讨基于小波变换算法的有源电力滤波器谐波检测方法奠定了理论基础。

2.1傅立叶变换傅立叶分析是谐波分析的理论基础
傅立叶分析将信号视为一系列基本信号的加权线性组合，对这些基本信号的分析取代了对原始信号的分析，从而使信号的局部特征更加突出，方便了对信号某些成分的分析和处理。在傅里叶变换的基础上，对其进行离散化，即离散傅里叶变换(离散傅里叶变换)。随着计算机技术的广泛应用，傅里叶分析中出现了快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)，这给这一数学工具注入了新的活力。
在实际工程中，主要有两种常用信号。一种是随时间不断变化的信号，称为模拟信号。另一种是通过离散化连续信号获得的离散信号，也称为采样信号。事实上，电力系统的非正弦周期波是不规则的畸变波形，不能用特定的分辨率函数来表示，因此傅立叶级数不能用于计算。一种常见的方法是使用定时采样装置以相等的间隔采样该波形的时间连续信号，依次将采样值转换成数字序列，然后借助计算机进行快速谐波分析。

3有源电力滤波器的基本理论..............................33-46
3.1谐波控制措施..............................33-37
3.1.1高功率因数转换器..............................33[/溴/] 3.1.2无源滤波器..............................33-35
3.1.3液晶无源滤波器的设计标准..............................35-37[/溴/] 3.2有源滤波器的理论研究..............................37-40
3.2.1有源电力滤波器的基本原理..............................37-38 [/BR/] 3.2.2有源电力滤波器系统构成..............................38-39
3.2.3有源电力滤波器的主电路形式..............................39-40 [/BR/] 3.3并联有源电力滤波器..............................40-41
3.4系列有源电力滤波器..............................41 [/BR/] 3.5混合动力滤清器..............................41-46
3.5.1并联混合动力滤波器..............................42-44 [/BR/] 3.5.2系列混合动力过滤器..............................44-46
4混合动力过滤系统设计原理..............................46-56
4.1过滤器..............................46-48
4.1.1滤波器谐波检测方法..............................46 [/BR/] 4.1.2电流跟踪控制电路..............................基于数字信号处理器的46-48
4.2脉宽调制信号产生原理..............................48-51 [/BR/] 4.3过滤器结构设计和设备选择..............................51-56
4.3.1无源电力滤波器的设计..............................51-52 [/BR/] 4.3.2主电路设计..............................52-56
5混合动力滤波器仿真..............................56-63
5.1滤波器模拟模型..............................56-58
5.2波形分析..............................58-62
5.3模拟结论..............................62-63

结论

通过分析和仿真，得出以下主要结论:
(1)基于傅里叶变换的谐波检测方法广泛应用于电力系统的电流谐波检测。通过理论分析表明，基于小波变换的谐波检测方法在分析非线性、随机和非平稳谐波方面具有优势。仿真结果表明，选择合适的小波函数可以达到良好的检测效果。
(2)分析了电力系统中常用的无源滤波器和有源滤波器的分类、拓扑结构和主电路参数设计。详细分析了不同类型有源滤波器在谐波抑制中的优缺点，并对数学模型的建立进行了讨论。比较了无源滤波器、串联有源电力滤波器、并联有源电力滤波器和包括无源和有源滤波器的混合电力滤波器在谐波处理方面的差异。对混合电力滤波器主电路的拓扑结构和参数设计进行了深入研究。
(3)设计了一种混合有源电力滤波器。给出了滤波器的主要结构、无源滤波器的参数设计方法和有源滤波器的主电路。讨论了其数学模型的建立。
(4)给出了四组基于MATLAB软件的SIMULINK模块仿真实例，即第一组无源滤波器单独使用，第一组和第二组无源滤波器共同作用，有源滤波器单独使用，两组无源滤波器和有源滤波器一起投入使用。仿真结果表明，电力波形中的低阶和高阶谐波得到抑制，波形整体失真率显著降低，表明本文设计的混合电力滤波器能够有效处理谐波。