【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的設(shè)計(jì)與研究 三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的設(shè)計(jì)與研究 摘要 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷大量增加各種非線性和時(shí)性電子裝置大規(guī)模地應(yīng)用造成電能質(zhì)量惡化電力有源濾波器以其優(yōu)越的補(bǔ)償性能已成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一而其中并聯(lián)型有源電力濾波器過去和將來都將占據(jù)重要地位 本文重點(diǎn)研究三相三線制并聯(lián)電壓型有源電力濾波器有源電力濾波器的兩大關(guān)鍵技術(shù)是諧波與無功電流的檢測和補(bǔ)償電流控制實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測出 電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的諧波與無功電流是有源電力濾波器進(jìn)行精確補(bǔ)償?shù)那疤崮壳坝卸喾N諧波與無功電流檢測方法其中基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測法是三相系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種方法包括適用于對稱無畸變電網(wǎng)的 pq 法及適用于不對稱有畸變電網(wǎng)的 ipiq法和 dq法補(bǔ)償電流的控制方法是實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器功能的核心環(huán)節(jié)它負(fù)責(zé)控制有源電力濾波器產(chǎn)生預(yù)期的補(bǔ)償電流本文詳細(xì)分析了并聯(lián)型有源電力濾波器的控制策略包括補(bǔ)償電流跟蹤控制和直流側(cè)電壓控制通過分析和比較滯環(huán)控制三角波控制和基于空間矢量的電壓控制方法最后確定補(bǔ)償電流跟蹤控制選用三角波 比較控制法和滯環(huán)控制方法 最后為了 驗(yàn)證所提 出的檢 測方法 和控制方 法的正 確性本 論文用MATLAB65SIMULNIK 下的電力系統(tǒng)模塊 Simpowersystems Blockset 對整個(gè)三相三線制并聯(lián)電壓型有源電力濾波器系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究仿真結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的濾波器可以很好的濾除諧波完成抑制諧波的作用 關(guān)鍵詞有源電力濾波器諧波與無功電流檢測補(bǔ)償電流控制三角波比較和滯環(huán)控制仿真 The design and research of Threephase and threewire System Shunt Active Power Filter Abstract With the development of modern industrial technologya large number of nonlinear loads in power systems to increase Various nonlinear and timescale application of electronic devices caused power quality deterioration Active power filter with its superior pensation performance has bee one of hot Research focus on power electronics technology area The thesis mainly considers threePhases and threewire system shunt active power filter The two key technologies are harmonic and reactive currents detection and pensation currents controlExact and realtime detection of the instantaneous variable harmonic and reactive current in power system is the premise for pensation of active power filter At presentthere are many detection methods concerning harmonic and reactive currentin whichthe method based on instantaneous reactive power theory is used widely in threephase system than othersand it consists of pq detection method applied to symmetry power system without distortionip iq detection method and dq detection method applied to asymmetry distortion power System Control method for pensation current is the key tache to acplish the various functions of active power filter to establish the anticipative pared current This paper analyzes the parallel active power filter control strategy Including the pensation current tracking control and DC voltage control Through analysis and parison of hysteresis control triangular wave control and space vectorbased voltage control Finalize the pensation current tracking control method used and the triangular wave parison control method of hysteresis control Finally to verify the proposed detection method and control method is correct Under this thesis the power system with MATLAB65SIMULNIK Simpowersystems Blockset blocks on the whole threephase threewire shunt active power filter system voltage conducted a simulation study Simulation results show that the designed filter can filter out harmonic well the pletion of the role of harmonic suppression Key word Active Power Filter Harmonic and reactive current detection Compensation current control Triangular wave parison and hysteresis control Simulation 第一章 電網(wǎng)諧波的實(shí)際問題 電力系統(tǒng)中三相橋式整流器的使用極為廣泛由此引起的諧波電流也成了人們?nèi)找骊P(guān)注的問題安置濾波器是減小諧 波電流的有效措施 然而多數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)要求對整流器所產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行計(jì)算三相不可控整流器的電路圖如下圖所示 圖 11 三相不可控整流電路 上述電路中取相關(guān)參數(shù)如下表所示 表 11 三相不可控整流電路的相關(guān)器件參數(shù) 器件名稱 Xs XL Xd Xc Rd Id 參數(shù)值 01161 01472 11918 41108 05119 01306 對上表所取的參數(shù)下面對諧波電流進(jìn)行計(jì)算為表達(dá)方便 采用了標(biāo)幺值數(shù)據(jù)形式基波電流與電抗分別定義為 11 式中 P0 為整流器額定輸出功率 直流側(cè) n 次諧 波電流以其有效值與平均電流 Id0 的比值表示 交流側(cè)ν次諧波電流以其幅值與基波電流幅值的比值表示交流側(cè)電流波形畸變率計(jì)算到 v 25 12 其中直流側(cè)電流計(jì)算公式為 13 式中 Id0 直流分量 Id n δ n n 次諧波電流的幅值及相角 14 Ed0 整流輸出電壓的直流分量 15 交流側(cè)諧波電流的計(jì)算公式可由直流側(cè)導(dǎo)出由于三相電流對稱 所以只需計(jì) 算 a 相電流 16 式中 17 公式 17 中 18 式中ξ為換流起始角偏移量μ換流重疊角可由下式計(jì)算得到 19 ν次諧波電流幅值及相角分別為 18 結(jié)合上述相關(guān)公式和表中相關(guān)數(shù)據(jù)可得整流電路的整流諧波電流的計(jì)算值如下表所示 表 12 整流諧波電流的計(jì)算值 諧波次數(shù) K5 0K7 0Kv 0 a5 0176。 a7 0176。 v≥ 11 K5 00248K5 00066 Kv 0176。a5 249176。 a7 2439176。 v≥ 11 K5 00679K5 00272 Kv 0a5 229176。 a7 72021176。 v≥ 11 計(jì)算結(jié)果 直流側(cè) 6 164 191 223 12 023 028 038 18 007 008 010 交流側(cè) 5 2021 2019 2034 7 1202 1212 1252 11 691 710 776 13 557 582 583 17 332 357 388 19 259 285 222 23 155 177 213 THD 2542 2579 2640 針對上述整流器產(chǎn)生的諧波電流本文設(shè)計(jì)了下文所介紹的三相三線制有源電力濾波器用于補(bǔ)償該整流器產(chǎn)生的諧波電流提高公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量 第二章 緒論 21 有源電力濾波的產(chǎn)生發(fā)展及現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷大量增加各種非線性和時(shí)性電子裝置如逆變器整流器及各種開關(guān)電源等大規(guī)模地應(yīng)用其負(fù)面效應(yīng)也日益明顯電力電子裝置的開關(guān)動作向電網(wǎng)中注入了大量的諧波和次諧波分量導(dǎo)致了交流電網(wǎng)中電壓和電流波形的嚴(yán)重 失真從而替代了傳統(tǒng)的變壓器等鐵磁材料的非線性引起的諧波成為主要的諧波源電能質(zhì)量的下降嚴(yán)重影響著供用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行降低了人們的生活質(zhì)量世界各國已經(jīng)十分重視電能的質(zhì)量的管理諧波治理是電能問題的核心內(nèi)容之一也是現(xiàn)代電力發(fā)展的迫切要求 諧波抑制是提高電能質(zhì)量保證供用電設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要手段之一減小諧波影響的技術(shù)措施可以從兩方面入手一是從諧波源出發(fā)減少諧波的產(chǎn)生二是安裝濾波裝置同時(shí)濾波器又主要包含無源濾波器和有源濾波器兩大類無源濾波器僅可對特定諧波進(jìn)行有效地衰減而出于經(jīng)濟(jì)和占地面積方面的考慮濾波器的個(gè)數(shù)均是 有限的所以對于諧波含量豐富的場合無源濾波器濾波效果往往不夠理想為了達(dá)到更好的濾去電網(wǎng)諧波的目的我們在電網(wǎng)中引入了有源電力濾波器有源電力濾波器的思想最早出現(xiàn)于 19h 的論文中文中描述了通過向交流電源注入三次諧波電流以減少電源中的諧波改善電源電流波形的新方法文中所述的方法被認(rèn)為是有源電力濾波器思想的誕生 1971年 ida完整描述了有源電力濾波器的基本原理 1976 年美國西屋電氣 Strycula 提供了采用脈沖寬度調(diào)制控制的有源電力濾波器確定了主電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式從原理上闡明了有源電力濾 波器是一種理想的諧波電流發(fā)生器并討論了實(shí)現(xiàn)方法和相應(yīng)的控制原理然而在 20世紀(jì) 70年代由于缺少大功率可關(guān)斷器件有源電力濾波器除了少數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究外幾乎沒有任何進(jìn)展進(jìn)入 20世紀(jì) 80年代以來新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn) PWM技術(shù)的發(fā)展尤其是 1983年日本的 HAkagi等人提出了三相電路瞬時(shí)無功功率理論以該理論為基礎(chǔ)的諧波和無功電流檢測方法在三相 APF 中得到了成功的應(yīng)用極大的促進(jìn)了 APF 的發(fā)展 1982 年第一臺 APF 在日本投入運(yùn)行 1986年 HAkagi 提出并聯(lián)有源濾波器消除諧波 APF 在這種裝置中相當(dāng)于一個(gè)諧波電流發(fā)生器它跟 蹤負(fù)載電流的諧波分量產(chǎn)生與之相反的諧波電流從而抵消了線路中的諧波電流 1987年 Nnkeda等人提出用并聯(lián)有源電力濾波器和并聯(lián)無源濾波器方案在這種電路中有源濾波器仍起諧波補(bǔ)償?shù)淖饔脽o源濾波器分擔(dān)大部分諧波因此有源電力濾波器容量很小但這種有源濾波系統(tǒng)在使用時(shí)電源與有源電力濾波器及無源濾波器之間存在諧波通道 1988 年 F． Z． Pe