諧波抑制開題報告

1、武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種非線性負(fù)載和電力電子裝置普遍應(yīng)用于電網(wǎng)中，給電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染。諧波的產(chǎn)生不僅危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行，而且增加電力系統(tǒng)損耗，直接造成用戶電器設(shè)備的突發(fā)性故障，造成嚴(yán)重的損失。因此，如何對諧波進(jìn)行濾波已成為電力系統(tǒng)、電力電子技術(shù)、電氣自動化、理論電工等領(lǐng)域中迫切需要解決的課題。電力諧波問題日益嚴(yán)重，對電能質(zhì)量以及電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(lǐng)域所面臨的一個重大課題，受到廣泛學(xué)者的關(guān)注，很多國家都對此給予了足夠的重視，人

2、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(biāo)準(zhǔn)或全國性規(guī)定。早期的諧波抑制技術(shù)是由模擬帶通或帶阻濾波器組實現(xiàn)的，而傳統(tǒng)的補(bǔ)償諧波的方法是裝設(shè)無源濾波器(PassivePowerFilter)。由于其技術(shù)成熟，具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此無源濾波器仍是目前諧波抑制的主要手段。但由于結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應(yīng)用中存在以下難以克服的缺點(diǎn)。(1)只能抑制按設(shè)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(shè)備。(3)濾波特性受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)和頻率漂

3、移的影響較大，難以獲得理想的預(yù)期濾波效果。(4)對于特殊的諧波電流，或當(dāng)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目前，利用有源電力濾波器進(jìn)行諧波抑制是一種趨勢。有源電力濾波器(ActivePowerFilter)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(jìn)行補(bǔ)償，和傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償方法相比，有源電力濾波器具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景。1971年，H.Sasaki和T

4、.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(dāng)時采用線性放大的方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，具損耗大，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(gòu)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(bǔ)結(jié)構(gòu)和控制方法。從原理上看，PWM變流器是一種理想的補(bǔ)償電流發(fā)生電路，但由于當(dāng)時電力電子技術(shù)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.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(chǔ)，并使之走向工業(yè)實用化。進(jìn)入90年

5、代以來，由于電力諧波污染日趨嚴(yán)重，有源電力濾波器的研究越來越受到重視，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，用途也多樣化。而且隨著新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)、電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源電力濾波器發(fā)展迅速?，F(xiàn)在日本、美國、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家有源電力濾波器已得到了高度重視和廣泛的應(yīng)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(xué)術(shù)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(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)并頒布了電能質(zhì)量一公用電網(wǎng)諧波GB/T14549-1993,同時見到實驗性的工業(yè)應(yīng)用報道，但采用的方法陳舊，效果頗不理想。近幾年進(jìn)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(jī)構(gòu)

6、，以理論研究和實驗。在諧波檢測技術(shù)與諧波抑制技術(shù)方面，取得了豐碩的成果。1994年首次將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)應(yīng)用到有源電力濾波器來實現(xiàn)諧波自適應(yīng)檢測。止匕外，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(biāo)變換檢測法等。我國雖在理論上取得一定的進(jìn)展，由于多方面的條件的限制，我國的有源濾波技很多關(guān)鍵技術(shù)如APF大容量化，模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化有待解決。目前我國有源電力濾波器研究工作的關(guān)鍵是進(jìn)一步提高有源電力濾波器在生產(chǎn)試驗中的實際應(yīng)用

7、水平，促進(jìn)科研成果向工業(yè)成型產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)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(jìn)行諧波治理將會有巨大的市場應(yīng)用潛力，有源濾波器技術(shù)也將得到廣泛的應(yīng)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(shù)、系統(tǒng)仿真、電工理論、控制理論與控制技術(shù)、電網(wǎng)絡(luò)理論、電力電子學(xué)等其它學(xué)術(shù)領(lǐng)域，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(shù)、監(jiān)測方法與技術(shù)、限制標(biāo)準(zhǔn)與管理制度等。目前，諧波研究仍是一個非?；钴S的領(lǐng)域。2、基本內(nèi)容和技術(shù)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(fù)載的三相四線制伺服電機(jī)的諧波檢測超標(biāo)問題，通過實驗具

8、體分析變頻器工作時諧波的產(chǎn)生與抑制，設(shè)計并構(gòu)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(dá)標(biāo)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(jié)構(gòu)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)變頻器諧波檢測達(dá)標(biāo)的目的。并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)總構(gòu)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(fù)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(fù)載電流。ic為補(bǔ)償電流，ic*為補(bǔ)償電流的指令信號，HPF為高通濾波器。1V.電 路驅(qū)動電路一 隔離電路圖1并聯(lián)型有源電力濾波器的系統(tǒng)總構(gòu)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(bǔ)償電流發(fā)生電路（由補(bǔ)償電流控制電路、隔離驅(qū)動電路和主電路三個部分構(gòu)成）其中，諧波電流檢測電路的核心是檢測出補(bǔ)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(jìn)行改進(jìn)，使其適用于三相四線制電力系統(tǒng)。補(bǔ)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(bǔ)償電流信號，產(chǎn)生實際的補(bǔ)償電流。補(bǔ)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(bǔ)償電流的指令信號。主電路用來產(chǎn)生補(bǔ)償電流，可采用PWM變流器，在產(chǎn)生補(bǔ)償電流時，主要作為逆變器工作。并聯(lián)型有