任意周期电压电流的无功与谐波分析法及其补偿治理问题的研究

摘要

随着电力系统和电力电子技术的发展，新型发电方式和高效节能的电力负荷，以其所呈现的非正弦周期电流为特征，必将会越来越多的出现在电力系统中，这对传统的电力系统电能传输方式造成了很大的危害，其中主要涉及到无功和谐波两个方面，由此无功和谐波问题已成为电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。
　　 本文首先对现行的各种功率定义进行了分析，指出了它们的适用情况及不足之处，在此基础之上，提出了一种基于傅里叶级数的新的无功与谐波分析法，该分析法将任意周期的负载电压和电流展开为傅里叶级数的形式，相乘得到瞬时功率，并对瞬时功率按照如下的规则分解为瞬时有功功率和瞬时无功功率两部分，即对同频次的电压和电流的乘积，按时域法的形式分解出瞬时有功功率分量和瞬时无功功率分量；对不同频次的电压和电流的乘积作为瞬时无功功率分量。同时指出了无功功率的物理实际，即有能量交换与波形畸变两种表现形式。并根据新的无功与谐波分析法，提出了有功与无功电能的合理计量方法及无功功率全补偿的方案。
　　 其次，指出根据新的无功与谐波分析法提出的无功功率全补偿方案，虽然理论上能够实现无功功率全补偿，但是该方案仍然是基于实时电流补偿基础上的，因此仍然存在实时补偿的缺陷。为此，本文将电力电子的灵巧控制与电机优良电磁耦合特性相结合，提出了一种具有无功发生和谐波治理功能的变压器——三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器，并建立了它的微分方程数学模型，从理论上定性地分析了其无功发生及谐波隔离的机理。并在Matlab的Simulink中建立了仿真模型，对其空载和并网两种情况进行了定量地仿真分析，通过分析证明了前面所述理论的正确性，为三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器装置的研制与控制提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2无功、谐波分析法研究现状与发展

1.3无功补偿及谐波治理问题的研究现状与发展

1.3.1无功功率补偿装置

1.3.2谐波治理问题

1.4本文的主要工作

第二章无功与谐波分析法及补偿治理问题的分析

2.1各种无功功率理论的分析

2.1.1正弦情况下的无功功率

2.1.2非正弦情况下的无功功率

2.1.3瞬时无功功率理论

2.2无功补偿及谐波治理装置的分析

2.2.1无功功率补偿装置

2.2.2谐波治理装置

2.3本章小结

第三章 基于傅里叶级数的新的无功与谐波分析法

3.1基于傅里叶级数的新的无功与谐波分析法

3.1.1新的无功与谐波分析法

3.1.2无功功率物理实际的分析

3.1.3新的无功与谐波分析法与基于任意周期电压电流的无功功率定义的比较分析

3.1.4几个例子

3.2新的无功与谐波分析法确定的无功功率的物理意义

3.2.1正弦条件下无功功率的物理意义

3.2.2非正弦条件下无功功率的物理意义

3.3新的无功与谐波分析法对电能计量及无功补偿的指导

3.3.1基于新的无功与谐波分析法的电能计量

3.3.2新的无功与谐波分析法对无功补偿的指导

3.4基于新的无功与谐波分析法的算例分析

3.5本章小结

第四章三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器

4.1三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器的原理

4.1.1三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器的结构

4.1.2三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器的数学模型及分析

4.2三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器并网无功发生机理分析

4.2.1三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器空载运行分析

4.2.2三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器并网运行分析

4.3三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器谐波隔离机理分析

4.4本章小结

第五章 基于Simulink的三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器的仿真分析

5.1三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器空载仿真分析

5.2三相静止电磁耦合型无功发生及谐波隔离变压器并网仿真分析

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1本文工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的学术论文