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1、本科生毕业论文设计 题 目 三相有源电力滤波器的直流电压控制方法目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1课题研究的背景和意义11.2谐波和谐波抑制原理21.2.1谐波的起因及其危害21.2.2谐波的抑制方法31.3 APF的发展现状和研究趋势4第二章 三相APF的结构和原理62.1 APF的基本原理62.2 APF的分类72.3 三相三线制并联型APF的数学模型82.4 三相并联型APF关键技术概述102.4.1谐波电流的检测102.4.2谐波电流跟踪补偿控制112.4.3 PWM控制112.4.4直流侧电压控制12第三章 三相并联型APF直流电压的控制方法133.1 APF直
2、流侧电压稳定控制的意义133.2 直流侧电压和电源侧电流的关系133.3 直流侧电压的控制原理153.3.1 PI控制原理153.3.2直流侧电压的PI控制原理153.4 直流侧电压控制的仿真与控制器参数的设计173.4.1 直流侧电压PI控制仿真模型的建立173.4.2 PI控制器参数的设计193.5 直流侧电压PI控制方法评价263.5.1 直流电压控制的准确性分析273.5.2 直流电压控制的动态性能分析28第四章 三相并联型APF系统设计294.1 APF系统电路设计304.1.1 主电路设计304.1.2 控制电路设计384.2 系统仿真分析394.2.1 仿真模型的建立404.2.
3、2 仿真结果41第五章 总结与展望445.1结论445.2展望44结束语46参考文献47 / 摘 要随着电力电子技术的迅速发展,家用电器和电力电子器件等非线性负载得到了广泛应用,这些装置产生的谐波对电网的影响和危害日益严重。由谐波引起的各种故障和事故不断发生,对国民经济、生产和生活造成了不必要的损失。谐波抑制与无功补偿等技术,已成为世界各国的研究热点,引起人们的广泛关注。APF是一种重要的谐波及无功动态补偿装置,其控制策略包括交流电流控制和直流电压控制。其中直流侧电压的稳定控制是保证电流控制性能的关键。本文以三相三线制并联电压型APF作为研究对象,系统地介绍了谐波的抑制原理,阐述了APF的拓扑
4、结构、基本原理和控制系统工作原理,重点从能量补偿的角度出发,分析了APF直流电压和电流控制的关系,提出了一种简易的直流侧电压控制方法。该方法基于PIProportion Integration,比例积分控制,从交流电网中吸收合适的有功功率补充APF的功耗,使直流电压稳定在给定值附近。论文讨论了PI控制器参数的整定,并结合仿真对PI控制方法进行了评价,分析了系统的准确性能和动态性能。最后,本文论述了三相三线制并联型APF的设计过程,并用Matlab软件进行了仿真分析,验证了APF设计及直流电压控制方法的正确性和可行性。关键词：APF 直流侧电压控制 谐波抑制 无功补偿ABSTRACTWith t
5、he rapid development of power electronics, non-linear loads, such as household appliances and power electronic devices are widely used, produceing harmonics on the power grid increasingly serious impact and danger. Variety of failures and accidents caused by the harmonicshave occurred on the nationa
6、l economy, production and caused the unnecessary loss of life. Harmonic suppression and reactive power compensation and other technologies have become the research hotspot in the world, causing widespread concern.APF is an important harmonic and dynamic reactive power compensation device. The contro
7、l strategy includes AC current control and DC voltage control. And controlling the DC side voltage, ensuring its stability, is guaranteed the key. for active power filter has good performance on compensation, to achieve both harmonic compensation waves and reactive power . This paper gets three-phas
8、e four-wire shunt active power filter voltage as the research object, introduces the principle of harmonic suppressionsystemly, describes the topology of APF, the basic principle and how the control system works.It focus onthe relationship of DC voltage and current controling of the APF ,from the en
9、ergy point of view , and proposes a simple DC voltage control method. The method is based on PI control, getting appropriate power fromAC powerto add power converter, making the DC voltage value in a given vicinity. This article discusses the tuning parameters of PI controller, combined with simulat
10、ion of the PI control method of evaluation, analysis of the accuracy of the system performance and dynamic performance. Finally, the paper discusses the three-phase four-wire shunt APF design process and carries out with Matlab software simulation to verify its correctness and feasibility.KEY WORDS:
11、 APF,controlling the DC side voltage,harmonic suppression, eactive power compensation第一章 绪 论1.1课题研究的背景和意义随着电力电子技术的迅速发展,家用电器和电力电子器件等非线性负载得到了广泛应用,产生的谐波对电网的影响和危害日益严重。由谐波引起的各种故障和事故不断发生,对国民经济、生产和生活造成了不必要的损失。谐波抑制与无功补偿等技术,已成为世界各国的研究热点,引起人们的广泛关注。理想的公用电网所提供的电压应该是频率固定并且电压幅值在规定的围的正弦波。但是实际电网中由于非线性负载的大量使用,不仅使得负载
12、电流非正弦,同时使得负载端电压畸变从而使得电网中产生谐波电压。谐波对电力系统电磁环境的污染将危害系统本身及广大的电力用户,主要表现在下列这些方面： 1消耗无功,增加附加损耗,增加设备的升温。由于趋肤效应的存在,尽管谐波电流占总电流的比例很小,也会增加设备的附加损耗,这些损耗不仅增加电力系统的损耗,还使设备温升增加,加速设备老化。2引起设备过载,恶化绝缘条件,缩短设备寿命。 3降低负载工作性能。如谐波电流和电机旋转磁场的相互作用产生的脉动转矩会使电机发生机械振动,这种振动会损坏电机设备,甚至危及人身安全。4对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰及造成误动作。因为保护和控制设备通常是为所加电压和
13、电流为工频和正弦波形而设计的,所以谐波的存在会影响它们的工作特性,严重时会引起误动作。 5影响测量仪器的精度,造成电能计量误差。电力测量仪表一般是按照工频正弦波而设计的,当有谐波时将产生误差。 6对邻近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量,严重时将导致信息丢失,使通信系统无常工作。由此可见,谐波研究和治理是摆在我国电力工作者面前的一个重要任务。目前,电力系统的谐波问题在世界围己经引起了十分广泛的关注,谐波的管理、分析和治理被摆到十分重要的位置。谐波问题涉及面广,它包括谐波分析、谐波检测、谐波抑制等。有效的控制谐波,己成为保证电网安全经济运行、高质量供电必不可少的措施之一。由于现代工业
14、、商业及居民用户的用电设备对电网供电质量的要求越来越高,因此,对谐波抑制和谐波补偿装置研究是一个热点。电能质量将直接影响到国民经济的总体效益。对于我国来说,实时、准确,有效地对谐波污染进行治理已成为国外电工领域迫切需要解决的重要课题之一。1.2谐波和谐波抑制原理 电网谐波问题早在上世纪20年代就已提出。60年代前后,一些工业发达国家对此开展了大量的研究,容涉及有关基本理论、各种谐波源的特性、谐波的危害、谐波在电网中传递的分析计算、测量仪器和测量方法、限制谐波的措施以及谐波标准等方面。随着社会的发展和科技的进步,一方面谐波污染因为非线性负载数量和容量的增加而日益严重,另一方面供电方及其电力系统设
15、备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高,因此人们对这个问题也越来越重视。1.2.1谐波的起因及其危害1. 谐波的成因 早在上世纪20年代和30年代,在德国就提出了静态汞弧变流器产生的电网电压和电流波形畸变问题,也正是从那时起,谐波问题引起了人们的关注。1945年,J.C.Read发表的有关汞弧变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文：到了50年代和60年代,高压直流输电技术的发展,推动了变流器谐波研究的进一步深入。随着电力电子技术的迅猛发展,各种电力电子设备在电力系统、工业部门、家庭和民用事业部门得到了日益广泛的应用,其产生的谐波以及造成的危害日益严重,使世界各国对谐波问题都给予了十分的关心和重视叫引。电网中的谐波主要是由各种大容量电力和用电变流设备以及其它非线性负载产生的。引起电力系统谐波的主要谐波源有： 1传统非线性设备,包括电力变压器、旋转电动机以及电弧炉等。 2现代电力电子非线性设备,包括荧光灯、在工业界和现代
