6.6kVA有源濾波器諧波檢測(cè)方法研究開(kāi)題報(bào)告

1、浙 江 科 技 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi) 題 報(bào) 告題 目6.6kVA有源濾波器諧波檢測(cè)方法研究 學(xué) 院 電氣學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣104 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 徐偉東 指導(dǎo)教師 陳曉 開(kāi)題日期 2014年2月28日 1、 選題的背景與意義：11諧波的產(chǎn)生 “諧波"一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅立葉等人提出的諧波分析方法至今被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)中諧波的定義是對(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分分量稱(chēng)為諧波。諧波次數(shù)為諧波頻率與基波頻率的整數(shù)比。電網(wǎng)

2、中有時(shí)也存在非整數(shù)倍諧波，稱(chēng)為分?jǐn)?shù)諧波。 電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的大量論文。70年代以來(lái)，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。 電力系統(tǒng)中的各種非線性元件是產(chǎn)生高次諧波的主要原因。按照非線性元件的類(lèi)型，電力系統(tǒng)諧波源可以分為兩大類(lèi)。一種是含有半導(dǎo)體非線性元件的電力電子裝置諧波源，一種是含有電弧和鐵磁的非線性設(shè)備諧波源。

3、12諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害 近幾十年來(lái)，各類(lèi)電力電子裝置的迅速普及，公共電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重，由諧波引起各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人們高度的重視。諧波電壓、諧波電流對(duì)電力系統(tǒng)的危害可以大致分以下幾個(gè)方面： 大量的諧波降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率，增加了系統(tǒng)中元件的附加諧波損耗。大量3次諧波流過(guò)中性線可能發(fā)生過(guò)熱甚至燒壞中性線。 諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。高頻的諧波分量在變壓器和電機(jī)的鐵芯中產(chǎn)生很大的渦流，這些渦流在鐵芯中將會(huì)產(chǎn)生大量的熱，增加磁場(chǎng)的附加損耗。諧波對(duì)電機(jī)和變壓器的影響除引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)電壓，使變壓器局部過(guò)熱。 諧波還會(huì)

4、引起電力系統(tǒng)中局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，增加附加損耗和發(fā)熱，造成設(shè)備故障。 諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確。諧波會(huì)對(duì)臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，或者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。諧波干擾會(huì)引起通信系統(tǒng)的噪聲，降低通話的清晰度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起信號(hào)的丟失。13諧波抑制的標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際上多次召開(kāi)了有關(guān)諧波問(wèn)題的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少?lài)?guó)家和國(guó)際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。目前，英國(guó)、瑞典、美國(guó)等國(guó)家都頒布了供電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際電工委員會(huì)已于1988年正式出版了IEC77技術(shù)委員會(huì)制定的家用電器和類(lèi)似的電氣設(shè)

5、備對(duì)供電系統(tǒng)引起的干擾這一低壓電工產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)(IEC5552)。1995年頒發(fā)了電磁兼容系列標(biāo)準(zhǔn)(IEC一1000)。而在2000年前后IEC又根據(jù)人們對(duì)電能質(zhì)量的關(guān)注日益提高的現(xiàn)實(shí)和新的研究結(jié)果相繼對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改，發(fā)布了新的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)IEC一61000。國(guó)際諧波標(biāo)準(zhǔn)的具體技術(shù)指標(biāo)如下：(1)電壓總諧波畸變率各級(jí)電網(wǎng)的電壓總諧波畸變率限制值，是限制電力系統(tǒng)諧波，保證電能質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)，所以許多國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)此作了規(guī)定。其大體如下：低壓電網(wǎng)(SlkV)45；中壓電網(wǎng)(24-,-72kV)24；高壓電網(wǎng)(84kV及以上)115。各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低壓和高壓電網(wǎng)總諧波畸變率的限制值，是相當(dāng)接

6、近的。(2)各次諧波電壓含有率英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定了電壓總諧波畸變率的限制值外，還對(duì)各次諧波電壓含有率(分奇次和偶次)作了規(guī)定。(3)諧波電流的限制值諧波電壓是諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生的，因此要控制諧波電壓，即必須限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流。由于公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對(duì)用電設(shè)備和電網(wǎng)本身都會(huì)造成很大的危害，所以制定標(biāo)準(zhǔn)的基本原則是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電網(wǎng)諧波電壓控制在允許的范圍內(nèi)，從而保證電網(wǎng)以及電網(wǎng)中的電氣設(shè)備免受諧波干擾。我國(guó)原水利電力部于1984年根據(jù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)委員會(huì)批準(zhǔn)的全國(guó)供用電規(guī)則的規(guī)定，制定并發(fā)布了電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定(SDl2684)。國(guó)家技術(shù)監(jiān)

7、督局于1993年又發(fā)布了中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(BGT1454993)電能質(zhì)量一公用電網(wǎng)諧波，該標(biāo)準(zhǔn)已從1994年3月1同起開(kāi)始實(shí)施。于1998年發(fā)布了GBl762511998低壓電器及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值(設(shè)備每相輸入電流<16A)，該標(biāo)準(zhǔn)等效采用了IEC6100032的相關(guān)規(guī)定，但在標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)及相關(guān)內(nèi)容上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷?。以上?biāo)準(zhǔn)主要有以下幾個(gè)內(nèi)容：不同諧波源的諧波疊加計(jì)算；低壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率允許值；1肛110kV各級(jí)電網(wǎng)電壓總諧波畸變率限值；用戶(hù)注入電網(wǎng)的諧波電流允許值。這些標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為提高我國(guó)的電能質(zhì)量水平起到了促進(jìn)作用。與國(guó)外的情況相比，我國(guó)在電能質(zhì)量的控制管理、監(jiān)控

8、方面還處于探索階段。但是電能質(zhì)量已經(jīng)引起了國(guó)家和眾多方面的密切關(guān)注，電能質(zhì)量監(jiān)督已列入電力系統(tǒng)九大監(jiān)督項(xiàng)目之一，因而對(duì)供用電質(zhì)量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究將具有重大意義。2、 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題： 隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大變化，大量非線性負(fù)荷投入電網(wǎng)，產(chǎn)生大量的諧波電流，動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的事故越來(lái)越多，給電網(wǎng)和用電設(shè)備帶來(lái)了安全隱患，可能引起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)紊亂、調(diào)速設(shè)備跳閘以及機(jī)電設(shè)備誤動(dòng)作等，從而導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失和人身事故。有源電力濾波器應(yīng)運(yùn)而生，得到了廣泛的應(yīng)用。有源電力濾波器輸出與負(fù)載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流，使得諧波電流在APF和負(fù)載之間流動(dòng)

9、，不至于影響到電網(wǎng)和其他用電設(shè)備。 諧波電流的檢測(cè)是有源電力濾波器的首要任務(wù)，也是APF的關(guān)鍵技術(shù)之一。檢測(cè)方法的好壞直接影響到APF的濾波效果。因此，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電壓、電流對(duì)于改善電能質(zhì)量有著重要的意義。本文主要研究電力系統(tǒng)諧波的檢測(cè)方法，對(duì)基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論和基于離散傅立葉變換的諧波檢測(cè)方法進(jìn)行研究，并在MATLAB中建立諧波檢測(cè)仿真模型，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)仿真結(jié)果的對(duì)比，總結(jié)出兩種諧波檢測(cè)法的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。 3、 研究的方法與技術(shù)路線：1、分析諧波產(chǎn)生的原因和對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)的危害，并了解現(xiàn)階段諧波抑制技術(shù)取得的成果。2、著重分析研究現(xiàn)階段已有的諧波檢測(cè)技術(shù)，并對(duì)

10、主要的基于離散傅立葉變換的諧波檢測(cè)法和基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)法的原理進(jìn)行詳細(xì)的研究。3、學(xué)習(xí)MATLAB的SIMULINK仿真軟件包，借助其對(duì)兩種諧波檢測(cè)的方法進(jìn)行建模和仿真，并對(duì)這兩種諧波檢測(cè)方法的仿真結(jié)果進(jìn)行分析比較。具體工作如下： 查閱資料，充分研究當(dāng)前電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題，包括有源電力濾波器的分類(lèi)及其電流檢測(cè)和控制方法的研究現(xiàn)狀和發(fā)展。 研究有源電力濾波器的工作原理及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)方法，p-q諧波電流運(yùn)算方式和ip-iq諧波電流運(yùn)算方式，并針對(duì)ip-iq諧波電流運(yùn)算方式中的低通濾波器對(duì)仿真結(jié)果的影響進(jìn)行了深入的分析。同時(shí)，研究基于離散傅立葉變換的諧波檢測(cè)法，并且對(duì)兩種

11、諧波檢測(cè)法在適用范圍以及檢測(cè)速度、檢測(cè)精度方面進(jìn)行了對(duì)比分析。 利用MATLAB構(gòu)建了ip-iq運(yùn)算方式諧波檢測(cè)模型。以阻感性負(fù)載的三相晶閘管整流橋電路為諧波源，在不同晶閘管觸發(fā)角情況下，對(duì)瞬時(shí)無(wú)功功率諧波檢測(cè)法進(jìn)行仿真，并進(jìn)行頻譜分析；特別針對(duì)在如p-q運(yùn)算方式中低通濾波器選擇不同的截止頻率及階數(shù)時(shí)對(duì)檢測(cè)精度及檢測(cè)速度的影響作出定性的分析。同時(shí)，對(duì)基于離散傅立葉變換的諧波檢測(cè)法進(jìn)行仿真，并對(duì)兩種檢測(cè)方法的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。4、 研究的總體安排與進(jìn)度：2013年11月8日2013年11月28日完成畢業(yè)設(shè)計(jì)選題2013年11月29日2014年3月1日查閱和收集相關(guān)資料，理解本設(shè)計(jì)的要求，了解

12、已有的諧波檢測(cè)技術(shù)，完成開(kāi)題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述；2014年3月2日 2014年4月30日學(xué)習(xí)研究基于離散傅立葉變換的諧波檢測(cè)法和基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)法的工作原理2014年4月1日 2014年4月25日學(xué)習(xí)matlab的simulink工具，并以此為平臺(tái)，建立諧波電流檢測(cè)的仿真模型，完成外文翻譯2014年4月26日2014年5月17日對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析研究，開(kāi)始畢業(yè)論文的撰寫(xiě)；2014年5月18日2014年 月 日完成畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，準(zhǔn)備進(jìn)行論文答辯。五、主要參考文獻(xiàn)：1 王兆安，揚(yáng)軍，劉進(jìn)軍，王躍.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20052 李達(dá)義，陳喬夫，賈正春. 基于MA

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