電力有源濾波器的設(shè)計 開題報告

1、南京工程學院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目： 電力有源濾波器的設(shè)計專 業(yè)：班 級： 學 號: 學生姓名： 指導(dǎo)教師： 2014 年3月學生姓名 學 號專 業(yè)指導(dǎo)教師職 稱課題來源自擬課題課題性質(zhì)工程技術(shù)研究課題名稱電力有源濾波器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義  根據(jù)個人所選課題，把我的研究內(nèi)容分為以下幾個部分：第 1 部分為緒論，概述了諧波的產(chǎn)生與其危害及諧波抑制的各種方法。有源電力濾波器發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了當前 APF 的研究熱點。第 2部分分析了有源電力濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性。從多個方面出發(fā)對有源電力濾波器進行了分類和介紹，并分析了各自的優(yōu)缺點。第 3 部分分析了有源

2、電力濾波器諧波檢測方法，并分析了各種諧波檢測方法的工作原理和特性，通過對比選擇 ip-iq 算法作為本文諧波檢測方法。第 4 部分介紹了本次論文的總體設(shè)計方案，并給出了相關(guān)的原理框圖。第 5部分在MATLAB/Simulink中建立三相三相制有源電力濾波器的仿真模型，并對各個模塊進行仿真和詳細的闡述。選擇不同的整流負載，對負載電流波形和補償后的電流波形進行對比，驗證了 APF 的補償性能。第 6部分對全文做出總結(jié)，對有源電力濾波器系統(tǒng)存在的一系列問題進行探討，并提出下一步的展望。隨著電力電子裝置日益廣泛的應(yīng)用，電力電子裝置自身所具有的非線性導(dǎo)致了電網(wǎng)中含有大量諧波，這些諧波給電力系統(tǒng)帶來了嚴重

3、的污染，嚴重危害了用電設(shè)備和通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。雖然傳統(tǒng)的無源電力濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、技術(shù)成熟、運行費用低等優(yōu)點，但同時也有一些缺點，例如只能抑制固定的幾次諧波，并對某次諧波在一定條件下會與電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生諧振反而而使諧波放大。目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器，有源電力濾波器也是一種電力電子裝置，且相關(guān)技術(shù)的研究也日漸成為研究的熱點。本文闡述了幾種常見APF的拓撲結(jié)構(gòu)及各自的優(yōu)缺點，詳細分析了基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法，比例控制和前饋控制兩種電流環(huán)控制策略以及SPWM和SVPWM兩種調(diào)制策略。介紹了電力有源濾波器的基本原理和結(jié)構(gòu)，并設(shè)計了并聯(lián)型有源電力濾波器的控制系

4、統(tǒng)，實驗結(jié)果表明,其諧波抑制和無功補償可以達到良好的效果,在技術(shù)上是可行的。文獻綜述1.1諧波的產(chǎn)生諧波的產(chǎn)生主要是由于大容量電力和用電蒸餾或換流設(shè)備遺跡其它非線性負荷造成的。電腦里系統(tǒng)中，一切負載的存在將要求電網(wǎng)提供非正弦電流。非線性負載產(chǎn)生了畸變電流波形，并引起電壓波形畸變。系統(tǒng)中的諧波源分為三種：1穩(wěn)態(tài)性：產(chǎn)生的諧波成分和幅值基本穩(wěn)定不變。如電網(wǎng)電壓穩(wěn)定時的變壓器貼心非線性產(chǎn)生的諧波，帶穩(wěn)定負載的整流器等。2動態(tài)性：產(chǎn)生的諧波具有明顯的隨機性。如電弧爐，電氣機車等。3突發(fā)性：該諧波源在正在運行并不產(chǎn)生諧波，只在特定條件下產(chǎn)生。如變壓器空載合閘的勵磁涌流，投入電容器組時的暫態(tài)過程。1.2諧

5、波的危害諧波主要危害可以說是電網(wǎng)的一個公害。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：增加電力設(shè)施的負荷，降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的有效容量和效率，造成了設(shè)備、線路的浪費和電能損失；引起無功補償電容器諧振和諧波電流放大，導(dǎo)致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行；產(chǎn)生脈沖轉(zhuǎn)矩致使電動機振動，影響產(chǎn)品質(zhì)量和電機壽命；由于渦流和集膚效應(yīng)，使電機、變壓器、輸電線路等因產(chǎn)生附加功率損耗而過熱，浪費電能并加速絕緣老化1；文獻綜述1.3諧波的抑制方法（1）無源濾波無源濾波器，又稱LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，最易于采用的無源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與

6、電容串聯(lián)，可對主要次諧波構(gòu)成低阻抗旁路；單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器都屬于無源濾波器。無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低等優(yōu)點?；镜臒o源濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示：（2）有源濾波目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用電力有源濾波器(Active Power Filter-APF)2。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而消除電網(wǎng)中的諧波。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛的重視，并且在日本等國得到廣泛的應(yīng)

7、用。有源電力濾波器的基本思想在六七十年代就己經(jīng)形成。80年代以來，由于大中功率全控型半導(dǎo)體器件的成熟，脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation-PWM)控制技術(shù)的進步，以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。文獻綜述2.1按聯(lián)接方式確定APF的種類APF的結(jié)構(gòu)形式很多，但其基本原理都是類似的，按電路拓樸結(jié)構(gòu)可分為并聯(lián)型APF、串聯(lián)型APF和串-并聯(lián)型APF。（1）并聯(lián)型APF下 圖為并聯(lián)型APF 基本結(jié)構(gòu)。由于與系統(tǒng)并聯(lián), 可等效為一受控電流源。并聯(lián)型APF 可產(chǎn)生與負荷電流大小相等、方向相反的諧波電流, 從而將電源側(cè)電流補償為正弦

8、基波電流。主要適用于抵消非線性負載的諧波電流、無功補償及平衡三相系統(tǒng)中的不平衡電流等。并聯(lián)型APF 在技術(shù)上比較成熟4。并聯(lián)型有源濾波器結(jié)構(gòu)圖2）串聯(lián)型APF圖2.3為串聯(lián)型APF基本結(jié)構(gòu)。通過1個匹配變壓器將APF串聯(lián)在電源和負載之間, 以消除電壓諧波, 平衡或調(diào)整負載的端電壓。與并聯(lián)型APF相比, 串聯(lián)型APF損耗較大, 且各種保護電路也較復(fù)雜。因此, 很少單位使用串聯(lián)型APF, 大多將其作為混合型APF 的一部分。 串聯(lián)型有源濾波器結(jié)構(gòu)圖文獻綜述3）串并聯(lián)APF圖2.4為串-并聯(lián)型APF 基本結(jié)構(gòu)。具有串聯(lián)APF 和并聯(lián)APF 的優(yōu)點, 能解決電氣系統(tǒng)發(fā)生的電能質(zhì)量問題, 又稱為萬能AP

9、F或統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。串聯(lián)型APF將電源和負載隔離，阻止電源諧波電壓串入負載和負載電流流入電網(wǎng)。并聯(lián)型APF提供一個零阻抗的諧波支路，把負載中的諧波電流吸收掉3。這種方案兼有串、并聯(lián)APF的功能，可以抑制閃變、補償諧波、消除共同耦合點處的三相電壓不平衡，具有較高的性價比。該類APF的主要問題是控制復(fù)雜、造價較高。2.2APF的補償電流控制方法1 三角載波控制2 滯環(huán)比較控制3 變結(jié)構(gòu)控制4 無差拍控制與差拍控制5單周控制（又稱積分復(fù)位控制）6 空間矢量調(diào)制2.3電力有源濾波器的主要作用和優(yōu)勢 隨著技術(shù)的發(fā)展,變頻設(shè)備大量應(yīng)用于各類場合,變頻設(shè)備會產(chǎn)生大量的諧波,因此,這類場合是電力有源濾波器

10、的主要市場之一,電力有源濾波器主要是用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Σ煌笮『皖l率的諧波進行快速跟蹤補償，在很多電力使用場所中濾波器的主要作用有兩種.文獻綜述1.有著低紋波電流,高電流響應(yīng)速度的優(yōu)勢,本來紋波電流和電流響應(yīng)速度就是兩個矛盾的指標,電力有源濾波器,而他的原理是檢測負載諧波,注入反相諧波,以諧波的相互抵消達到濾波的目的.逆變器采用脈沖寬度調(diào)制,根據(jù)電工的基本原理,紋波電流決定于開關(guān)頻率、直流母線電壓、輸出電感的大小,與電流環(huán)的控制無關(guān).電力有源濾波器解決這個矛盾的辦法只能是提高開關(guān)頻率.在計算電流響應(yīng)速度時,起作用的將是全部直流母線電壓,而輸出電感的減半,將加

11、快電流的響應(yīng)速度,增強濾波效果,提高單機容量.2.電力有源濾波器還有著提高系統(tǒng)耐壓的優(yōu)勢,主要是應(yīng)用于較高電壓系統(tǒng).通常為了提高電流響應(yīng)速度、保證補償效果,處理諧波的電力有源濾波器比處理基波的變頻器或并網(wǎng)逆變器需要更高的直流母線電壓.3.總結(jié)有源濾波器是改善供電質(zhì)量，凈化電網(wǎng)污染的一種有效裝置，自從七十年代提出以來，有源濾波技術(shù)得到了長足的發(fā)展，越來越多的APF投入了運行，無論從現(xiàn)實功能還是運行功率上都有明顯進步。目前，APF已經(jīng)運用在提高電能質(zhì)量，解決三相電力系統(tǒng)中終端電壓調(diào)節(jié)，電壓波動抑制，電壓平衡改善以及諧波消除和無功補償?shù)葐栴}上。從近年來的研究和應(yīng)用1-可以看出，有源濾波器的發(fā)展前景如

12、下：1) 隨著新型能源的發(fā)展，有源濾波器的運用范圍得到極大擴展。特別是新型能源發(fā)電后并入電網(wǎng)時，有源濾波器可減少其對電網(wǎng)產(chǎn)生危害。2) 從成本和效率，以及擴大容量來說，APF與PF混合使用的有源濾波器系統(tǒng)將得到更加廣泛得運用。3) 有源濾波器裝置的多功能化也是其發(fā)展的一個方向。APF在消除高次諧的同時，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制閃變和補償無功。這樣既符合電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，又從功能上降低了裝置得成本。參考文獻1 林海雪, 孫樹勤. 電力網(wǎng)中的諧波. 北京: 中國電力出版社, 19982Jauch T, Kara A, Rahmani M, et al. Power quality ensure

13、d by dynamic voltage correction. ABB Review. 1998, 4: 2536.參考文獻3吳競昌. 供電系統(tǒng)諧波M. 北京：中國電力出版社, 19984 楊樺, 任震. 基于諧波波變換檢測諧波的新方法. 電力系統(tǒng)自動化. 19975 王兆安.諧波抑制和無功功率補償M.機械工業(yè)出版社，2005.106 徐迎春.并聯(lián)有源電力濾波器(APF)基于空間矢量的滯環(huán)控制D.浙江大學，2004.37 李民，王兆安.基于瞬時無功功率理論的高次諧波和無功功率檢測J.電力電子技術(shù).1992（2）：14-178 于晶榮.基于電壓空間矢量的有源電力濾波器無差拍電流控制方法J.湖南

14、大學學報，2008,35（10）：33-359 曾江.基于最優(yōu)電壓矢量的有源電力濾波器電流控制新方法J.電力系統(tǒng)自動化，2000,24（6）：25-3110 尹勇，歐光軍，關(guān)榮鋒.DSP 集成開發(fā)環(huán)境 CCS 開發(fā)指南M.北京航空航天大學出版社，200311王兆安等，諧波抑制和無功功率補償，機械工業(yè)出版社（4版），200012王兆安等，電力電子技術(shù)，機械工業(yè)出版社（5版），2009研究內(nèi)容第 1 部分為緒論，概述了諧波的產(chǎn)生與其危害及諧波抑制的各種方法。有源電力濾波器發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了當前 APF 的研究熱點。第 2部分分析了有源電力濾波器的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性。從多個方面出發(fā)對有源電力濾波器進行了分類和介紹，并分析了各自的優(yōu)缺點。 第 3 部分分析了有源電力濾波器諧波檢測方法，并分析了各種諧波檢測方法的工作原理和特性。研究計劃第1周 資料查詢，了解濾波器現(xiàn)狀與發(fā)展第2周 熟悉有源濾波器控制方式和控制結(jié)構(gòu)第3周 撰寫開題報告第4周 熟悉matlab軟件第5周 方案的設(shè)計第6周 方案的設(shè)計第