纺织厂谐波及其治理的设计

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1、重庆科技学院毕业设计（论文）开题报告题目纺织厂谐波及其治理的设计学 院 电气与信息工程学院专业班级 电自 2012-04学生姓名 赵根号2012441952指导教师张海燕2016 年 3 月 1 日开题报告填写要求1. 开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报 告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后2 周内完成，经指导教师签署 意见及系主任审查后生效。2. 开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从 教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3. 学生查阅资料的参考

2、文献理工类不得少于10篇，其它不少于 12篇（不包括辞典、手册）。4. “本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少 2000 字，其余内容至少 1000 字。毕业设计（论文）开题报告1本课题的目的及意义，国内外研究现状分析1.1目的及意义随着科学技术的快速发展，相应的科技水平不断提高，自动化技术在工业领域 的应用，也得到了不断的提高，越来越多的企业和工厂运用变频器来提高自动控制 的质量，变频器的广泛应用也提高了电气控制的精确性能，但是变频器属于非线性 负载，在运行过程中会产生高次谐波，我国的电网系统也面临着因谐波污染源的增 多而导致电能质量下降和电网电压波形发生畸变的问题，并且越来越多的高

3、科技电 气设备的使用，对电能质量的要求达到了一个新的高度。谐波是指电流中所含的频率为基波的整数倍的电量，一般指对周期性的非正弦 电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。在纺织厂中，主 要由于正弦电压加在非线性负载变频器上，基波电流发生畸变而产生谐波。谐波的 危害主要有以下几个方面;高次谐波的存在，使得纺织厂变频器损耗加剧，缩短使 用寿命；谐波存在可能会使电力系统不稳定，造成系统频繁振荡，间接导致继保 装置发生误动；谐波会干扰通讯及其他弱电设备正常工作1。为了避免谐波对电力系统设备损害加剧，世界上许多国家对谐波问题都给予高 度的重视，并且制定了一些标准来限制用电设备的谐波，如I

4、EEE-519标准和IEC555-2标准。从1990年以来，我国也发布了相关电能质量标准，我国电力系统 的电能质量得到了很大的提高。为提高电能质量而抑制谐波主要有两种方法：一是 主动型抑制谐波方法；二是被动型抑制谐波方法。主动型抑制谐波的原理是对电力系统中各个非线性负载本身进行改造，减少谐 波的产生；或则根据工作的需要，通过控制功率因数来解决谐波问题。由于主动型 谐波抑制方法仅适用于电力电子设备类谐波源，存在效率低、成本高，影响设备的 可靠性等问题，所以不建议采用。被动型抑制谐波原理是不改变谐波负载本身，而是在谐波负载的交流侧加无源 滤波器（PF）、有源滤波器（APF）等装置，通过外加设备对谐

5、波进行补偿来达到抑制 谐波的目的。无源滤波器：在谐波源附近或则公用电网节点装单调谐及高通滤波器，不仅可以吸收谐波电流，同时还可以进行无功功率补偿。无源滤波器成本低， 运行稳定，技术相对成熟，容量大，但是谐波滤除率只有80%。有源滤波器：在谐 波源附近或则公用电网节点装设并联型或串联型APF，能隔离或补偿谐波。有源滤波 器在运用中灵活、体积小、反映动作迅速，谐波滤除率达到95%以上，但是价格高， 容量小4。在本次课题纺织厂谐波治理与分析的设计中，纺织厂属于大中型企业，在实际工 作过程中对电能质量的要求较高，如果存在谐波，会对纺织厂的出产产品的质量产 生巨大的影响，所以在考虑滤波时应该采用滤波效果

6、较高的有源滤波器，有源滤波 器不受系统阻抗的影响，可以对多个谐波源进行集中处理，所以通过有源滤波器滤 波来减少谐波，可以提高设备的供电质量，提高设备运行的可靠性，减少因设备误动作而造成的经济损失；还可 以减少谐波电流在输配电线路上产生的损耗，同时降低用电设备发热，减少绝缘老 化，从而提高设备的使用寿命，减少设备的维护费用；能够减少电网中补偿电容器 的谐振机率，同时，减少谐波对系统信号传输的影响，增加系统的可靠性；并且可 以减少谐波对公共电网的污染。1.2国内外研究现状1969年，B.M.Bird和J.F.Marsh发表的论文描述了向交流电网中注入3次谐波 电流来减少电源电流中的谐波成分，从而改

7、善电源电流波形的方法，但这种方法不 能迫使电源电流成为正弦波电流。尽管他没有描述一个完整的有源滤波器，但文中 所描述的方法可以认为是有源电力滤波器基本思想的发芽。1971年，H.Sasaki和T.Machica发表论文首先完整地描述了有源滤波器的基本 原理，但由于当时采用线性放大的方法产生谐波补偿电流，损耗大，成本高，因而 只在实验室中研究，没有应用在工业系统中。1976年,L.Gyugyi和C.Strycula提出了采用PWM技术变流器构成的有源滤波器， 他们在论文中还讨论了有源滤波器的实现方法和相应的控制原理，正是这篇论文确 定了有源电力滤波器的基本概念，并建立了当今有源滤波器的基本拓扑结

8、构，然而, 由于20世纪70年代电力电子的发展水平和大功率可关断器件的限制，对有源电力 滤波器除了实验室研究外，没有任何进展。1982年世界第一台GTO有源电力滤波器在日本问世，最大的一台容量达20MVA。1983年，H.Akagi等人提出三相电路的瞬时无功功率理论极大促进了有源电力 滤波器技术的发展，从此通过有源滤波器来抑制谐波逐渐应用于工业中。有源滤波 器作为消除谐波，改善电能质量的工具，在美国，日本等发达国家已广泛应用于国 民生产各个方面，极大地改善了整个电力系统的电能质量，推动了新的研究成果不 断出现。从1984年开始，每两年召开一次电力系统谐波国际会议，在谐波领域的研究和 交流，不断

9、地制定新的标准，电力系统的电能质量得到提高5我国在有源滤波器的研究起步较晚，直到20世纪80年代末才有论文发表，90 年代以来一些高等院校和科研机构开始进行有源电力滤波器的研究，如1992年华北 电力实验研究所和北京供电公式联合研究有源高次谐波抑制装置已经投入工业运 行，西安交通大学也提出了四重化变流器作为大容量有源电力滤波器的方法。近十 几年来，越来越多的研究单位和机构对有源滤波技术进行了深入的理论研究和实验 分析。目前，国内从事有源滤波器研究和生产的企业主要有，深圳波宏电力铝箔设 备公司、上海宝钢安大电能质量有限公司、西安塞博电子有限公司、南海市樱花电 气有限公司等。这些研究有的已达到或接

10、近国际先进水平。当前研究工作的关键是6参考文献1 林海学，孙树勤电力网中的谐波M.北京：中国电力出版社，19982 林海雪.现代电能质量的基本问题.电网技术,20053 王兆安，杨君，刘进军等谐波抑制和无功功率补偿M.北京：机械工业出版 社,20094 李站鹰，任震，杨泽明有源滤波器装置及其应用研究综述.电网技术20045 罗德凌.周方圆.唐朝辉.有源滤波器的研究现状与发展动向.国外电子测量技 术 20066 卓放，王兆安，有源电力滤波器技术的发展与电能质量的提高.电工技术杂 志 20067 肖湘宁.电能质量分析与控制M.北京：中国电力出版社,2012.8 花皑,梁正敏.变频器的设计原理M.北

11、京:机械工业出版社,2008.9 王晶，林敏，陈学允.用于动态电能质量分析的负荷的建模与仿真J.电工技术学 报，2003,18(3):53-5510 罗安.电网谐波治理与无功功率补偿技术及设备M.北京：中国电力出版社，2006毕业设计（论文）开题报告2本课题的任务、重点内容、实现途径本课题的任务要求：1收集资料，初步介绍变频器引起的电能质量问题及治理措施；2. 通过对变频器的运行特性进行分析；3. 对该纺织厂供电系统进行建模；4. 根据有源滤波器的结构，对有源滤波器系统的组成及运行特性进行分析；5. 利用瞬时无功功率理论中p-q检测法或ip-iq检测法对该厂谐波进行检测；6. 检测到谐波后，利

12、用有源滤波器的控制算法对谐波进行补偿；7. 利用MATLAB对APF的补偿进行仿真设计，比较有源滤波器补偿前后谐波变化, 得出相应结论；8. 撰写毕业设计论文及相关文档。本课题的重点内容及其实现途径本课题为纺织厂的谐波分析与治理，根据工厂的性质，考虑技术先进，经费运 用合理的要求，通过在谐波源装设有源滤波器来抑制电力系统中谐波。首先要了解 变频器的运行特性，根据变频器引起的电能质量问题制定治理措施，再对该纺织厂 的供电系统进行建模，通过建模分析选择有源滤波器，然后利用瞬时无功功率理论 中p-q检测法或ip-iq检测法对该厂谐波进行检测，检测到谐波后，利用有源滤波 器的控制算法对谐波进行补偿，最

13、后利用MATLAB对APF的补偿进行仿真设计，比较 有源滤波器补偿前后谐波变化，得出相应结论。本课题的重点内容有：介绍变频器引起的电能质量问题及治理措施；变频器运纺织厂供电系统建模；有源滤波器（APF）的组成及原理；APF补偿时MATLAB 仿真设计。介绍变频器引起的电能质量问题及治理措施：变频器为非线性负载，产生的谐 波降低了电能质量，会对变频器造成驱动故障、过压故障、欠压故障、过流故障等, 可能会造成电解电容、IGBT等原件的损坏。解决的办法就是在公共电网节点加装有 源滤波器抑制谐波。变频器运行特性分析：简单地说就是把直流电逆变成不同频率的交流电，或是 把交流电变成直流电再逆变成不同频率的

14、交流电，或是把直流电变成交流电再把交 流电变成直流电。有源滤波器（APF）的组成及原理：有源滤波器由指令电流运算电路和补偿电流 发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟 电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐 波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲， 驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注 入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。APF补偿时MATLAB仿真设计：首先建立非线性负载（谐波源），并对电源侧和 负载侧的谐波进行了观察和记录。再

15、对以瞬时无功功率理论为基础的ip-iq谐波检 测方法进行仿真，得到谐波电流，并对其进行研究与分析。最后对整个系统模型进 行了仿真，得出了相应的结论。3完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法工作条件 工具书谐波抑制，有源滤波器基本原理相关书籍，Matlab软件学习书籍 软件Word、PDF、Excel、Matlab 软件 硬件计算机解决办法工具书可以在学校图书馆借阅，或则在网上查询获得。其他软件可以通过自学 或向老师学习解决参考工具1 林海学，孙树勤电力网中的谐波北京：中国电力出版社，19982 林海雪现代电能质量的基本问题电网技术20053 王兆安，杨君,刘进军等谐波抑制和无功功率补偿M北京：机械工业出版 社，20094 李站鹰，任震，杨泽明有源滤波器装置及其应用研究综述.电网技术20045 罗德凌.周方圆.唐朝辉.有源滤波器的研究现状与发展动向.国外电子测量技 术 20066 卓放，王兆安，有源电力滤波器技术的发展与电能质量的提高.电工技术杂 志 20067 肖湘宁.电能质量分析与控制M.北京：中国电力出版社,2012.8 花皑,梁正敏.变频器的设计原理M.北京:机械工业出版社,2008.9 王