諧波抑制開題報告

1、武漢理工大學本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告1、目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代技術的不斷進步，各種非線性負載和電力電子裝 置普遍應用于電網(wǎng)中，給電力系統(tǒng)帶來了嚴重的諧波污染。諧波的產(chǎn)生不僅危及 電網(wǎng)的安全運行，而且增加電力系統(tǒng)損耗，直接造成用戶電器設備的突發(fā)性故障， 造成嚴重的損失。因此，如何對諧波進行濾波已成為電力系統(tǒng)、電力電子技術、 電氣自動化、理論電工等領域中迫切需要解決的課題。電力諧波問題日益嚴重，對電能質(zhì)量以及電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行帶來了 很大的影響。治理電力系統(tǒng)諧波污染已成為電力系統(tǒng)領域所面臨的一個重大課題， 受到廣泛學者的關注，很多國家都對此給予了足

2、夠的重視，人們很早就開始采取 措施抑制諧波，并制定了限制諧波的國家標準或全國性規(guī)定。早期的諧波抑制技術是由模擬帶通或帶阻濾波器組實現(xiàn)的，而傳統(tǒng)的補償諧 波的方法是裝設無源濾波器 （ Passive Power Filter）。由于其技術成熟， 具有投資少、 效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點，因此無源濾波器仍是目前諧波 抑制的主要手段。但由于結構原理上的原因，在應用中存在以下難以克服的缺點。（1）只能抑制按設計要求規(guī)定的諧波成分。有時由于高次諧波成分較多，必 須同時加入多個濾波器，這樣會使整個濾波裝置的成本和體積增加。（2）諧波電流超量時可能造成無源電力濾波器過載，損害設備。（3）濾波

3、特性受電網(wǎng)結構、工作狀態(tài)和頻率漂移的影響較大，難以獲得理想 的預期濾波效果。（4）對于特殊的諧波電流，或當系統(tǒng)阻抗、頻率變化時，可能和電源阻抗發(fā) 生并聯(lián)諧振而產(chǎn)生“諧波放大”現(xiàn)象，從而使電路無法正常工作。5）可能與電力系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振，造成電壓畸變而產(chǎn)生附加的諧波電流流 入無源濾波器，影響其諧波抑制效果。目前，利用有源電力濾波器進行諧波抑制是一種趨勢。 有源電力濾波器( Active Power Filter)是一種用于動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置。它抑制頻率和幅值 都發(fā)生變化的諧波，克服了無源電力濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制的缺陷。它還可以 對電力系統(tǒng)中的諧波進行補償，和傳統(tǒng)的諧波補償方法相比，

4、有源電力濾波器具 有巨大的技術優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景。1971年， H.Sasaki 和 T.Machida發(fā)表的論文中，首次完整地描述了有源電力 濾波器的基本原理，但由于當時采用線性放大的方法產(chǎn)生補償電流，其損耗大， 成本高，因而僅在實驗室中研究。 1976年， L.Gyugyi 和 E.C.Srtycula提出了采用 PWM 控制變流器構成的有源電力濾波器，確立了有源電力濾波器的概念，并建 立了主電路的基本拓補結構和控制方法。從原理上看， PWM 變流器是一種理想 的補償電流發(fā)生電路，但由于當時電力電子技術的發(fā)展水平不高，全控型器件功 率小、頻率低，因而仍然局限于試驗室研究。 1984年，H

5、.Akagi 等人提出三相電 路瞬時無功功率理論，為有源電力濾波器奠定了堅實得到理論基礎，并使之走向 工業(yè)實用化。進入 90 年代以來，由于電力諧波污染日趨嚴重，有源電力濾波器 的研究越來越受到重視，其應用領域不斷擴大，用途也多樣化。而且隨著新型電 力半導體器件的出現(xiàn)、電力電子技術的發(fā)展，有源電力濾波器發(fā)展迅速。現(xiàn)在日 本、美國、德國等工業(yè)發(fā)達國家有源電力濾波器已得到了高度重視和廣泛的應用。我國對諧波問題的研究起步較晚。 1982 年我國第一次諧波學術研討會在石家 莊市召開， 1989年我國才有這方面的研究文章。 1993年國家技術監(jiān)督局批準并頒 布了電能質(zhì)量一公用電網(wǎng)諧波 GB/T14549

6、-1993，同時見到實驗性的工業(yè)應用 報道，但采用的方法陳舊，效果頗不理想。近幾年進行這方面的研究單位在逐漸 增加，主要集中在一些高等院校和少數(shù)研究機構，以理論研究和實驗。在諧波檢 測技術與諧波抑制技術方面，取得了豐碩的成果。 1994 年首次將神經(jīng)網(wǎng)絡理論用 于諧波檢測； 1996 年，首次將瞬時無功功率理論用于單相電路諧波與無功電流檢 測； 1997 年首次將小波理論用于諧波檢測；同年首次將神經(jīng)網(wǎng)絡應用到有源電力 濾波器來實現(xiàn)諧波自適應檢測。此外，先后也出現(xiàn)了豐富多彩的新穎諧波檢測抑 制方法，如小波變換檢測法、四相四線制電路諧波檢測、極坐標變換檢測法等。 我國雖在理論上取得一定的進展，由于

7、多方面的條件的限制，我國的有源濾波技 術還處于實驗階段，工業(yè)應用上只有少數(shù)幾臺樣機投入運行，離產(chǎn)業(yè)化目標甚遠， 很多關鍵技術如 APF 大容量化，模塊化，標準化有待解決。目前我國有源電力濾 波器研究工作的關鍵是進一步提高有源電力濾波器在生產(chǎn)試驗中的實際應用水 平，促進科研成果向工業(yè)成型產(chǎn)品的快速轉化。隨著我國電能質(zhì)量治理工作的深 入開展和國內(nèi)對諧波問題重視程度的提高，利用有源電力濾波器進行諧波治理將 會有巨大的市場應用潛力，有源濾波器技術也將得到廣泛的應用。近幾十年間電力諧波的研究，滲透到了數(shù)字信號處理、計算技術、系統(tǒng)仿真、 電工理論、控制理論與控制技術、電網(wǎng)絡理論、電力電子學等其它學術領域，

8、已 形成了自己特有的理論體系、分析研究方法、控制與治理技術、監(jiān)測方法與技術、 限制標準與管理制度等。目前，諧波研究仍是一個非常活躍的領域。2、基本內(nèi)容和技術方案本文針對現(xiàn)在電力系統(tǒng)中普遍存在的諧波問題，主要對變頻器負載的三相四 線制伺服電機的諧波檢測超標問題，通過實驗具體分析變頻器工作時諧波的產(chǎn)生 與抑制，設計并構建多套用于抑制多次諧波的裝置，最后選擇最優(yōu)的一套方案實 現(xiàn)變頻器諧波檢測達標的目的。常用的無源濾波器通常由電容器、電抗器和電阻器串并聯(lián)組合而成。它包括 串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波。但由于無源濾波器結構原理的局限性，濾波效 果并不理想，故本研究提出并聯(lián)型有源電力濾波器以實現(xiàn)變頻器諧波

9、檢測達標的 目的。并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)總構成如圖 1 所示。圖中 eS表示交流電源電勢， iS為交流電源電流。負載為變頻器，它降低了系統(tǒng)功率因數(shù)，產(chǎn)生了諧波， iL 為負 載電流。 iC為補償電流， iC*為補償電流的指令信號， HPF為高通濾波器。圖 1 并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)總構成圖如圖 1 所示的有源電力濾波器系統(tǒng)由兩大部分組成，即諧波電流檢測電路和 補償電流發(fā)生電路 （由補償電流控制電路、隔離驅動電路和主電路三個部分構成 ） 其中，諧波電流檢測電路的核心是檢測出補償對象電流中的諧波電流分量。檢測 方法可根據(jù)一種基于瞬時無功功率 ip-iq 檢測法進行改進，使其適用于三相四線制 電力系統(tǒng)。補償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)諧波電流檢測電路得出的補償電流信 號，產(chǎn)生實際的補償電流。補償電流控制電路的作用是根據(jù)檢測到的各個電壓和 電流，由控制算法計算得出補償電流的指令信號。主電路用來產(chǎn)生補償電流，可 采用 PWM 變流器，在產(chǎn)生補償電流時，主要作為逆變器工作。