有源電力濾波器的電壓空間矢量控制方法開(kāi)題報(bào)告

1、城南學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目：有源電力濾波器的電壓空間矢量控制方法 課 題 類(lèi) 別： 設(shè)計(jì) 論文學(xué) 生 姓 名：杜贊學(xué) 號(hào)：201097250215班 級(jí)：工電1002班專(zhuān)業(yè)（全稱(chēng)）：工業(yè)電氣自動(dòng)化指 導(dǎo) 教 師：李紅英 2014年 4 月1、 本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：（1）通過(guò)本畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料的能力、自學(xué)能力，學(xué)習(xí)和掌握解決問(wèn)題的基本方法和步驟；（2）收集相關(guān)教材、論文和標(biāo)準(zhǔn)，掌握三相有源電力濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基本原理、和控制系統(tǒng)工作原理；（3）了解常見(jiàn)的有源電力濾波器電流控制方法，掌握電壓空間矢量控制的原理；（4）掌握三相有源電力濾波器電壓空間矢量分布與合成方法，

2、利用matlab完成基于電壓空間矢量控制方法的有源電力濾波器仿真實(shí)驗(yàn)； （5）通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)研究影響電壓空間矢量控制準(zhǔn)確性和動(dòng)態(tài)性能的主要因素；（6）寫(xiě)畢業(yè)論文，闡述三相有源電力濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基本原理和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，說(shuō)明電壓空間矢量控制方法的基本組成、實(shí)現(xiàn)方案和仿真結(jié)果；2、 設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）： 近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電能得到了更加充分的利用。但電力電子裝置自身所具有的非線(xiàn)性也使得電網(wǎng)的電壓和電流發(fā)生畸變，這些高度非線(xiàn)性設(shè)備數(shù)量和額定容量的日益增大使得電力系統(tǒng)諧波污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，已成為了影響電能質(zhì)量的公害，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成極大

3、的影響;而另一方面供電方及其電力系統(tǒng)設(shè)備、用戶(hù)及其用電器對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，這一矛盾使得人們對(duì)諧波污染問(wèn)題越來(lái)越重視。據(jù)中國(guó)電力報(bào)道，我國(guó)僅由電能質(zhì)量問(wèn)題造成的年電能損失就高達(dá)400多億元，冶金、鐵路、礦山等企業(yè)的諧波嚴(yán)重超標(biāo)，因諧波問(wèn)題導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)跳閘、大面積停電甚至電力系統(tǒng)解列等事故也屢見(jiàn)不鮮，因此對(duì)電力系統(tǒng)的諧波污染進(jìn)行綜合治理已成為擺在科技工作者面前的一個(gè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義的研究課題。而有源電力濾波器(activepowerfilter-apf)由于具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，因而受到廣泛的重視，成為目前國(guó)內(nèi)外供電系統(tǒng)諧波抑制研究的熱點(diǎn)。 目前

4、，在電力系統(tǒng)中抑制或減少諧波主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：第一方面是從產(chǎn)生諧波的諧波源裝置本身入手。在這些裝置設(shè)計(jì)時(shí)就考慮減小諧波的方法，增加諧波抑制環(huán)節(jié)，已減少電網(wǎng)的諧波注入量，在諧波源本身采取一些措施能大大減小電網(wǎng)諧波。但由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的復(fù)雜性以及電力半導(dǎo)體裝置開(kāi)關(guān)工作方式，不可能完全消除電網(wǎng)諧波。所以，諧波治理的第二個(gè)重要方面就是研究對(duì)系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行有效濾波和補(bǔ)償?shù)姆椒ê痛胧?有源電力濾波器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和機(jī)關(guān)團(tuán)體的配電網(wǎng)中，如：電力系統(tǒng)、電解電鍍企業(yè)、水處理設(shè)備、石化企業(yè)、大型商場(chǎng)及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機(jī)場(chǎng)港口的供電系統(tǒng)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等。 為了滿(mǎn)足大規(guī)模數(shù)據(jù)中心機(jī)房的運(yùn)行需要，通信

5、配電系統(tǒng)中的ups使用容量在大幅上升。據(jù)調(diào)查，通信低壓配電系統(tǒng)主要的諧波源設(shè)備為ups、開(kāi)關(guān)電源、變頻空調(diào)等。其產(chǎn)生的諧波含量都較高，且這些諧波源設(shè)備的位移功率因數(shù)極高。通過(guò)使用有源濾波器可以提高通信系統(tǒng)及配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)通信設(shè)備及電力設(shè)備的使用壽命，并且使配電系統(tǒng)更符合諧波環(huán)境的設(shè)計(jì)規(guī)范。 由于生產(chǎn)的需要，石化行業(yè)中存在著大量泵類(lèi)負(fù)載，并且不少泵類(lèi)負(fù)載都配有變頻器。變頻器的大量應(yīng)用使石化行業(yè)配電系統(tǒng)中的諧波含量大大增加。目前絕大部分變頻器整流環(huán)節(jié)都是應(yīng)用6脈沖將交流轉(zhuǎn)化為直流，因此產(chǎn)生的諧波以5次、7次、11次為主。其主要危害表現(xiàn)為對(duì)電力設(shè)備的危害及在計(jì)量方面的偏差。使用有源濾波器可以

6、很好地解決這方面的問(wèn)題。 為大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化質(zhì)量，以及延長(zhǎng)爐齡、節(jié)省能源，在化纖行業(yè)常用到電助熔加熱設(shè)備，借助電極把電直接送入燃料加熱的玻璃池窯中。這些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，且三相諧波的頻譜和幅值差別比較大。 大多數(shù)半導(dǎo)體行業(yè)的3次諧波非常嚴(yán)重，主要是由于企業(yè)中使用了大量的單相整流設(shè)備。3次諧波屬于零序諧波，具備在中性線(xiàn)匯集的特點(diǎn)，導(dǎo)致中性線(xiàn)壓力過(guò)大，甚至出現(xiàn)打火現(xiàn)象，存在著極大的生產(chǎn)安全隱患。諧波還會(huì)造成斷路器跳閘，耽誤生產(chǎn)時(shí)間。3次諧波在變壓器內(nèi)形成環(huán)流，加速了變壓器的老化。嚴(yán)重的諧波污染必然對(duì)配電系統(tǒng)中的設(shè)備使用效率和壽命造成影響。 由于有源濾波存在的不足和缺陷，目前國(guó)內(nèi)市

7、場(chǎng)上主要以無(wú)源濾波為主；國(guó)際上以abb、ablerex（愛(ài)普瑞斯）、諾基亞、施耐德（梅蘭日蘭）、西門(mén)子為代表，國(guó)內(nèi)以山大華天，哈工大、西安賽博、南京亞派為代表，另外清華大學(xué)電機(jī)系研制的cleanpower系列有源電力濾波器在自適應(yīng)能力，穩(wěn)定性以及對(duì)各種延時(shí)的最優(yōu)補(bǔ)償方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為了最先進(jìn)的產(chǎn)品之一。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，有源電力濾波器以其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、強(qiáng)大功能、逐漸下降的價(jià)格，必將最終取代傳統(tǒng)的電容型無(wú)功補(bǔ)償裝置，占據(jù)市場(chǎng)主流。 有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速dsp器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專(zhuān)用設(shè)備。它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主

8、要部分組成。指令電流運(yùn)算電路實(shí)時(shí)監(jiān)視線(xiàn)路中的電流，并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入高速數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制信號(hào)形式向補(bǔ)償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)igbt或ipm功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電力諧波。3、 設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)與難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）：（1）有源電力濾波器有并聯(lián)型，串聯(lián)型及混合型等形式。并聯(lián)型主要是用于電流型負(fù)載，而串聯(lián)型主要用于諧波電壓型負(fù)載。本課主要題利用matlab編程工具，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)型有源電力濾波器的濾波功能，它是通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波電流，控制逆

9、變器向電網(wǎng)注入與負(fù)載諧波電流大小相等但方向相反的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（2）非線(xiàn)性負(fù)載由兩個(gè)二極管整流器構(gòu)成，它們分別通過(guò)三角形-三角形，三角形-星形變壓器與電網(wǎng)連接。（3）前10個(gè)周期只有一個(gè)二極管整流器投入運(yùn)行，其直流負(fù)載為可控電流源，前5個(gè)周期為2000安，其后變?yōu)?000安。從第10個(gè)周期開(kāi)始，短路器閉合，第二個(gè)二極管整流器投入，注入電網(wǎng)的諧波特性會(huì)發(fā)生變化。（4）由檢波的含有諧波的負(fù)載電流經(jīng)過(guò)pll模塊得到基波電流的波形信息，同時(shí)求出負(fù)載電流的有效值，二者相乘即可得到電網(wǎng)三相電流的指令值，這是一個(gè)只含基波且其作用與負(fù)載電流等效的正弦電流。有源濾波器的控制目的就是使注入電網(wǎng)的電流等于該指令值。

10、因此有源濾波器輸出電流應(yīng)為該指令值與負(fù)載電流的差。（5）用matlab運(yùn)行程序，可得負(fù)載電流，電網(wǎng)電流和有源濾波器的輸出電流的波形，為了更清楚地分析有源濾波器的效果，往往對(duì)電流進(jìn)行fft分析。4、 設(shè)計(jì)（研究）進(jìn)度計(jì)劃：1-3周：畢業(yè)實(shí)習(xí)4-5周：查閱和搜集文獻(xiàn)和資料6-7周：外文翻譯，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告8-9周：提出設(shè)計(jì)的思路和進(jìn)行方案論證10-12周：進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3-14周：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)15-16周：檢查修改文檔，調(diào)試程序，打印論文17周：畢業(yè)答辯5、 參考文獻(xiàn)：1姜齊榮,趙東元,陳建業(yè).有源電力濾波器結(jié)構(gòu)原理控制m北京：科學(xué)出版社，2005；2張崇巍,張興.pwm整流器及其控制m北京：機(jī)械

11、工業(yè)出版社，2005，226-236；3王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償m第一版北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998；4george j. wakileh電力系統(tǒng)諧波基本原理、分析方法和濾波器設(shè)計(jì)m徐政第一版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003；5羅安.電網(wǎng)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)及設(shè)備m北京：中國(guó)電力出版社，2006；6陳耀軍,鐘炎平基于合成矢量的電壓型pwm整流器電流控制研究j中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006,26(2)：143-1487周衛(wèi)平,吳正國(guó),唐勁松.svpwm的等效算法及svpwm與spwm的本質(zhì)聯(lián)系j中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26(2)：133-1378張興,張崇巍.pwm 可逆變流器空間電壓矢量控制技術(shù)的研究j中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2001,21(10):102-1059劉長(zhǎng)樵，汪東云交流調(diào)速變頻器pwm波形生成的幾何方法j電氣傳動(dòng)，1991，21(3):24-2710taruna ja