三相三线制并联型有源电力滤波器的设计与研究教程分析.docVIP

湘潭大学 《电力电子》课程设计报告 题目：三相并联型有源电力滤波器的设计 学 院：信息工程学院 班 级：11级自动化二班 姓 名：王丹妮 学 号：2011551702 指导教师： 陈才学 完成日期： 2014 年 07月 02日  摘 要 随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加。各种非线性和时性电子装置大规模地应用，造成电能质量恶化。电力有源滤波器以其优越的补偿性能，已成为电力电子技术领域的研究热点之一。而其中并联型有源电力滤波器过去和将来都将占据重要地位。 有源电力滤波器的两大关键技术是谐波与无功电流的检测和补偿电流控制。实时、准确地检测出电网中瞬态变化的谐波与无功电流是有源电力滤波器进行精确补偿的前提。 为了验证所提出的检测方法和控制方法的正确性，本论文用MATLAB2010b/SIMULNIK进行了仿真研究。仿真结果表明本文所设计的滤波器可以很好的滤除谐波，完成抑制谐波的作用。 关键词:有源电力滤波器;谐波与无功电流检测:补偿电流控制;三角波比较和滞环控制；仿真 第一章 谐波概述 谐波产生的原因： 电网中的谐波主要是由各种大量电力和用电变流设备以及其它非线性负载产生。当正弦基波电压(当电源阻抗为零阻抗时)施加于非线性负荷时，负荷吸收的电流与施加的电压波形不同，畸变的电流影响电流回路中的配电设施。系统中的主要谐波源可分为两大类:①含半导体非线性元件的谐波源；②含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。所有这些都使得电力系统的电压、电流波形发生畸变，从而产生高次谐波。 谐波对电网的危害 理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对电力系统的环境造成污染，影响系统的电气环境。谐波污染对电力设备的危害是严重的，近三四十年来，各种电力电子装置的迅速普及使得公用电网的谐波污染日趋严重，谐波危害加重。综合来说，谐波对电网及其它系统的影响大致有以下几种： 谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。 谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。 谐波可引起电力系统局部并联或串联谐振，使谐波含量放大，这会使上述两种危害大大增加，甚至引起严重事故。 谐波还会使继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱 谐波容易对通信设备和电子设备产生严重干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 由此可以看出，谐波的滤除迫在眉睫。而谐波的抑制方法有两种：传统抑制谐波和有源电力滤波。本文主要研究有源电力滤波，且以三相三线并联型有源电力滤波作为典例分析。 第二章 有源电力滤波器的基本原理及拓扑结构 2.1 有源电力滤波器的基本原理 有源电力滤波器根据其与电网连接的方式不同，分为并联型和串联型两种，并联型滤波器在实际中应用较广。由于本文采用的是并联型有源滤波器，下面就以并联型有源滤波器为例，介绍其工作原理。图2.1为最基本的并联型有源电力滤波器系统结构图。从结构上来看，有源电力滤波器主要由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分组成)。其中指令电流运算电路的作用是检测出被补偿对象中的谐波和无功电流分量。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流发出补偿电流的指令信号，控制逆变主电路产生补偿电流，并注入到电网中，以达到消除谐波和无功电流的目的。 电源 图2.1有源电力滤波器原理框图 其中如图2.1所示，电源电流is由负载电流il和有源滤波器的输出电流共同组成。负载电流又可分解为基波分量和谐波分量之和。而基波分量又可分为基波有功分量和基波无功分量之和。这样负载电流可表示为基波有功分量、基波无功分量和谐波分量之和。如果控制有源滤波器的输出电流和谐波分量相等，那么电源电流中就只剩下基波电流了，这样就达到了抑制谐波的目的。上述原理可以用一组公式来表示： （2.1） : 简言之，通过检测补偿对象的电流，经指令电流运算，电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号补偿电流发生电路的放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流、谐波及无功电流抵消，最终得到期望的电源电流。 如果要求有源滤波器在补偿谐波的同时，补偿无功功率，则只需要在补偿谐波电流的指令信号中增加与负载电流基波无功分量反极性分量即可，使得补偿电流与负载电流中的