開題報(bào)告

電氣工程及自動(dòng)化

并聯(lián)型電力有源濾波器設(shè)計(jì)

一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的電力電子裝置在配電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。這些電力電子設(shè)備的效率日趨提高，并以其靈活可控的特性逐漸成為功率變換和調(diào)節(jié)的一個(gè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。但是由于電力電子裝置所引發(fā)的電能的諧波問題，給我們現(xiàn)在的電網(wǎng)公司分配電，帶來比較大的影響。雖然后來采用了無(wú)源濾波器進(jìn)行諧波抑制，但是其功能并不完美，無(wú)法達(dá)到想要的濾波效果，很容易與電網(wǎng)的阻抗發(fā)生諧振，并有諧波電流。諧波電流會(huì)使電能在變壓器，輸電線上產(chǎn)生很大的功能損耗，浪費(fèi)電能，特別是3或者是3的倍數(shù)的諧波電流，在中線上疊加，不僅會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗加重，并且中線過熱，會(huì)招致火災(zāi)。嚴(yán)重情況還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)供電安全的嚴(yán)重事故。所以在現(xiàn)今，我們開始逐漸采用并聯(lián)有源電力濾波器。在國(guó)外這種有源濾波器已達(dá)到了較為廣泛的應(yīng)用。但是國(guó)內(nèi)應(yīng)用并不廣泛，所以對(duì)這方面的深入研究，有利于有源濾波器的廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)三相三線制的設(shè)計(jì)，其余如單相或者三相四線制系統(tǒng)，主要是主電路，和指令運(yùn)算電路作適當(dāng)?shù)母淖兗纯伞?/p>

有源電力濾波器根據(jù)負(fù)載接入電網(wǎng)方式的不同分為串聯(lián)有源電力濾波器、并聯(lián)有源電力濾波器和混合有源電力濾波器。

有源電力濾波器的主要作用：

1、通過抑制諧波，凈化電網(wǎng)，節(jié)約綜合用電相關(guān)費(fèi)用8％-20％，使用該設(shè)備能快速有效收回投資成本；

2、節(jié)約電力變壓器、電纜擴(kuò)容費(fèi)用，提高電力變壓器使用壽命；

3、濾除諧波，保障供電安全，避免用電事故（如電氣火災(zāi)，或者因用電故障停產(chǎn)）；

4、濾除諧波，延長(zhǎng)電子設(shè)備及元器件壽命，如無(wú)功補(bǔ)償電容器；

5、提高功率因數(shù)，功率因數(shù)可達(dá)到0.95-1（滿足電力對(duì)企業(yè)用電的要求，避免高額處罰，甚至停止供電）。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題

本課題設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)三相全控橋整流電路（帶阻感負(fù)載R=30Ω，L=300mH）進(jìn)行無(wú)功和諧波補(bǔ)償?shù)膯为?dú)使用的并聯(lián)型電力有源濾波器。設(shè)計(jì)電力有源濾波器的主電路、控制電路（指令電流運(yùn)算電路、電流跟蹤控制電路）驅(qū)動(dòng)電路，確定合理的控制方案以及諧波和無(wú)功電流檢測(cè)方法。設(shè)計(jì)指標(biāo)要求：經(jīng)補(bǔ)償后使電源電流的功率因數(shù)提高到0.93以上，諧波總含量在3%以內(nèi)。

驅(qū)動(dòng)電路

主電路

電源院

負(fù)載

電流跟蹤

控制電路

諧波檢測(cè)運(yùn)算電路

并聯(lián)有源濾波器基本有兩大部分組成，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路。其中前者的核心是檢測(cè)出負(fù)載源產(chǎn)生的諧波和無(wú)功電流，所以也可為諧波檢測(cè)運(yùn)算電路，后者主要由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路三部分組成。其核心作用是根據(jù)指令運(yùn)算電路算出的補(bǔ)償電流，來產(chǎn)生與其相反的大小相等的電流。結(jié)構(gòu)框圖如下：

現(xiàn)今對(duì)電路的設(shè)計(jì)主要解決問題為：

（1）

對(duì)補(bǔ)償電流的跟隨性能起作用的幾個(gè)參數(shù)：L、Uc、Tc（電流控制周期）的設(shè)計(jì)；

（2）

開關(guān)器件的選擇及其額定參數(shù)的確定；

（3）

主電路容量的計(jì)算；

（4）

按所選器件的要求設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，并設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)電路。

三、研究步驟、方法及措施

（1）諧波檢測(cè)運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)

諧波檢測(cè)運(yùn)算電路有很多種設(shè)計(jì)方法，主要有模擬濾波器，傅里葉分析和瞬時(shí)無(wú)功功率檢測(cè)等。前2者設(shè)計(jì)較為困難，且實(shí)時(shí)性也不是很好。所以主要采用瞬時(shí)無(wú)功

功率檢測(cè)。

（2）電流跟蹤運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)

電流跟蹤運(yùn)算電路作用是根據(jù)補(bǔ)償電流的指令信號(hào)和實(shí)際補(bǔ)償電流之間的比較，得出控制補(bǔ)償電流發(fā)生電路中主電路各個(gè)器件的通與斷的PWM波信號(hào)，來保證補(bǔ)償電流和指令信號(hào)的一致性。主要可采用瞬時(shí)比較法和三角波比較法。此設(shè)計(jì)主要采用瞬時(shí)比較法中的滯環(huán)比較器，因?yàn)樗捎诋a(chǎn)生的補(bǔ)償電流參考信號(hào)能夠快速準(zhǔn)確地跟蹤諧波電流變化，具有很好的實(shí)時(shí)性，所以在有源濾波器中得到了廣泛的應(yīng)用。

（3）主電路的設(shè)計(jì)

主電路的形式采用三相PWM電壓型整流電路來產(chǎn)生諧波和無(wú)功電流，采用單個(gè)運(yùn)行方式。對(duì)整流電路的開關(guān)器件及其直流側(cè)電容和保護(hù)電路進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)。

四、參考文獻(xiàn)

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