電力系統(tǒng)諧波抑制方法及其仿真研究

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1、NortheasternUniversity畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）GraduateDesign（Thesis）設(shè)計(jì)（論文）題目：電力系統(tǒng)諧波抑制方法及其仿真研究學(xué)生教學(xué)中心專業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師2015年9月21日摘要一般而言，諧波被認(rèn)為是對電網(wǎng)的污染，充分了解電網(wǎng)中的各類諧波源是非常重要的。文章對電力諧波的相關(guān)理論進(jìn)行簡要梳理，包括諧波的概念和諧波的特點(diǎn)及電力諧波的產(chǎn)生機(jī)理。分析了諧波產(chǎn)生的原因及危害，指出了諧波檢測的方法，重點(diǎn)從產(chǎn)生諧波的主要裝置即電力電子裝置出發(fā)，去研究抑制諧波的方法。其中主要介紹了有源濾波器，有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力

2、電子裝置，其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)，被公認(rèn)為是綜合治理電網(wǎng)污染最有效的手段。關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)諧波；檢測；抑制目錄摘要I目錄I弓丨言31電力系統(tǒng)諧波的概述51.1諧波的國際定義51.2諧波產(chǎn)生的原因61.3諧波的危害72電力諧波的測量和抑制方法102.1諧波檢測方法研究現(xiàn)狀錯誤!未定義書簽。2.2諧波測量的目的102.3諧波測量的主要內(nèi)容102.4諧波測量的方法錯誤!未定義書簽。2.5諧波測量的分類112.6變流器交流側(cè)的被動型諧波抑制方案??錯誤!未定義書簽。2.7主動型的變流器諧波抑制方案錯誤!未定義書簽。2.8直流側(cè)抑制入端諧波電流的方

3、法錯誤!未定義書簽。3有源電力濾波器相關(guān)理論研究133.1三相瞬時無功功率理論133.2有源電力濾波器的諧波和無功電流檢測法163.3有源電力濾波器的PWM控制214有源濾波器的仿真分析254.1并聯(lián)型有源電力濾波器檢測系統(tǒng)仿真254.2并聯(lián)型有源電力濾波器控制系統(tǒng)仿真32結(jié)語35參考文獻(xiàn)36引言隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)內(nèi)電力電子設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。由于非線性負(fù)荷的增加，特別是高壓直流輸電的應(yīng)用，使電力系統(tǒng)的諧波問題日趨嚴(yán)重。電氣量中頻率為大于1整數(shù)倍基波頻率的正弦波分量稱為諧波。諧波主要來自發(fā)電源質(zhì)量不高、輸配電系統(tǒng)和用電設(shè)備等三個方面。電網(wǎng)中的諧波主要是由各種

4、大容量電力和用電變流設(shè)備以及其它非線性負(fù)載產(chǎn)生的，其中主要的諧波源是各種電力電子裝置，包括各種整流裝置、交流調(diào)壓裝置、變流裝置、電弧爐、辦公及家用電器、照明設(shè)施等等。電力機(jī)車中采用的大容量單相整流裝置，除產(chǎn)生諧波電流外，還引起三相交流供電系統(tǒng)的三相電流不平衡。此外，一些鐵磁非線性設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器及鐵磁諧振設(shè)備等也是不可忽視的諧波源。諧波的存在嚴(yán)重地降低了電能質(zhì)量，給電力系統(tǒng)帶來較為嚴(yán)重的危害。當(dāng)諧波電流注入到電力系統(tǒng)，將在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓，引起電網(wǎng)電壓畸變，最終造成電力系統(tǒng)諧波污染。電力系統(tǒng)諧波污染不僅影響電能質(zhì)量，還可能威脅整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，分

5、析、研究電力系統(tǒng)的諧波問題，進(jìn)而采取相應(yīng)的抑制措施，是一項(xiàng)非常緊要的工作。早期的諧波檢測方法都是基于頻域理論，即采用模擬濾波器原理。優(yōu)點(diǎn)是原理和實(shí)現(xiàn)電路簡單、造價低、輸出阻抗低、品質(zhì)因素易于控制。但存在諸多缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)電路的濾波中心頻率對元件參數(shù)十分敏感、受外界環(huán)境影響較大、難以獲得理想幅頻和相頻特性；電網(wǎng)頻率波動不僅影響檢測精度，而且檢測出的諧波中含有較多的基波分量；當(dāng)需要檢測多次諧波分量時，實(shí)現(xiàn)電路變得復(fù)雜，其電路參數(shù)設(shè)計(jì)難度隨之增加；運(yùn)行損耗大。由于上述嚴(yán)重缺陷，隨著電力系統(tǒng)諧波檢測要求的提高及新的諧波檢測方法日益成熟，該方法已極少采用1電力系統(tǒng)諧波的概述電能質(zhì)量問題的

6、提出由來已久，衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)也是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而備受關(guān)注。在電力系統(tǒng)的發(fā)展早期，電力負(fù)荷的組成比較簡單，主要由同步電動機(jī)、異步電動機(jī)和各種照明設(shè)備等線性負(fù)荷組成，衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)主要有：頻率偏移和電壓偏移兩種。20世紀(jì)80年代以來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，非線性電力電子器件和裝置在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，不少用戶對電能的利用都要經(jīng)過電力電子裝置的轉(zhuǎn)換和控制，這些裝置給人們生產(chǎn)和生活帶來方便和效率的同時，使電力系統(tǒng)的非線性負(fù)荷明顯增加。1.1諧波的國際定義國際上對諧波公認(rèn)的定義是「諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，也可以說諧波為周期分量的傅里葉級數(shù)中大于1的h次分量

7、，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍⑴。按照定義，諧波次數(shù)一定是正整數(shù)，不能出現(xiàn)非整數(shù)次諧波的情況。以我國為例，我國電力系統(tǒng)額定頻率是50Hz,那么，2次諧波就為100Hz,3次諧波就為150Hz,以此類推。供用電系統(tǒng)中，通常認(rèn)為電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)交流電壓和交流電流呈正弦波形。在進(jìn)行諧波分析時，正弦電壓通常由下數(shù)學(xué)式表示:u（t}=込Usin（曲+a）公式中：U為電壓有效值。a為初相角,3為角頻率。1.2諧波產(chǎn)生的原因高次諧波產(chǎn)生的基本原因是由于電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)荷的非線性特征所造成的，即所加電壓與其產(chǎn)生的電流不是線性關(guān)系而造成的