低压大电流整流器的谐波治理和无功补偿技术与应用

摘要

电能作为广泛使用的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平和综合国力的主要标准之一。在满足工业生产、社会和人民生活对电能需求量的同时，提高电能质量是一个国家工业和科技水平提高、社会文明程度进步的表现。而整流装置作为电网中主要的谐波与无功污染源，对其研究并进行治理的意义不言而喻。
　　 本论文以合肥某大型铜箔有限公司投运的两套不同类型的整流装置为背景，旨在研究低压大电流工况下谐波治理与无功补偿相关技术及实际应用。
　　 论文首先对电力系统中谐波与无功的相关成因做了介绍，分析了其带来的危害和进行治理的迫切意义；针对谐波治理与无功补偿的措施及研究现状进行了阐述，详细描述了电力滤波器、无功补偿器等的发展。
　　 其次，对合肥某铜箔企业的两套不同类型的整流装置的谐波及无功情况，进行了详细的理论分析和仿真验证，得出该企业不同类型整流装置的谐波含量和功率因数；论文针对该企业的实际工况分别提出了两套结合无源电力滤波器(PPF)、有源电力滤波器(APF)和智能无功补偿器(IVC)的解决方案，同时还就方案设定的参数进行了整体效果仿真及谐波电流放大特性仿真分析，验证了方案的可行性和实用性。
　　 第三，APF与PPF组成的谐波治理及无功补偿系统在低压并联运行时，控制策略及控制方法的选择对滤波性能有很大的影响。在详细分析采用三种不同控制策略时系统的工作机理的基础上，综合考虑不同控制策略时补偿系统存在的问题，本文提出了一种分频补偿运行策略及APF快速无差分频控制方法。该方法能够有效解决APF与PPF联合运行所带来的系统稳定性、谐波环流等问题，也能起到很好的滤波效果。
　　 最后，系统的参数优化设计对提升装置的总体性能而言是非常重要的，本文提出了一套LC无源滤波支路参数、APF主电路参数以及IVC电容器参数优化设计方法。详细阐述了APF和IVC控制器的软硬件设计方法，并给出了谐波治理与无功补偿装置在该企业投运后的应用情况。
　　 实践证明，本文提出的设计方案有效地提高了企业的功率因数，降低电网电流畸变率；装置造价低、维护方便、运行情况良好，给企业带了显著的经济和社会效益。同时本文的设计思路和一些工程经验还可推广到其它谐波治理和无功补偿装置的设计和应用中，尤其是为APF的实用化进程提供有益的参考和借鉴。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 电网谐波与无功功率的产生

1.1.1 谐波及其产生

1.1.2 无功及其产生

1.2 谐波治理与无功补偿的治理意义

1.2.1 谐波治理的意义

1.2.2 无功补偿的意义

1.3 谐波治理与无功补偿的主要措施及研究现状

1.3.1 谐波治理的主要措施及研究现状

1.3.2 无功补偿的主要措施及研究现状

1.4 论文选题的背景及各章节的安排

第2章 谐波和无功分析与治理方案研究

2.1 合肥某铜箔企业的现场工况分析

2.1.1 合肥某铜箔企业供电系统简介

2.1.2 合肥某铜箔企业整流电源谐波及无功分析

2.1.3 谐波治理及无功补偿装置主要性能要求

2.2 谐波治理及无功补偿整体方案研究

2.2.1 APF与IVC基本工作原理及特点

2.2.2 6脉波整流装置治理方案

2.2.3 12脉波整流装置治理方案

2.3 谐波治理及无功补偿装置谐波放大情况分析

2.3.1 6脉波整流2500kVA变压器下补偿系统谐波放大特性分析

2.3.2 12脉波整流2000kVA变压器下补偿系统谐波放大特性分析

2.4 整体方案效果仿真

2.4.1 6脉波整流电源仿真分析

2.4.2 12脉波整流电源仿真分析

2.5 本章小节

第3章 谐波和无功补偿控制方法研究

3.1 谐波治理及无功补偿系统控制策略研究

3.1.1 基于检测负载谐波电流的控制策略

3.1.2 基于检测电网谐波电流的控制策略

3.1.3 适用于谐波治理及无功补偿系统的控制策略

3.2 谐波治理及无功补偿系统快速无差控制方法

3.2.1 广义积分的基本原理

3.2.2 APF快速无差分频控制方法

3.3 仿真结果

3.4 本章小节

第4章 谐波治理及无功补偿装置研制及工程应用

4.1 谐波治理及无功补偿装置系统组成

4.2 谐波治理及无功补偿装置参数优化设计方法研究

4.2.1 无源电力滤波器参数优化设计及调整方法

4.2.2 有源电力滤波器直流侧电容设计方法

4.2.3 输出滤波器参数优化设计方法

4.2.4 智能型无功补偿电容器参数设计方法

4.3 谐波治理及无功补偿装置控制器的硬件设计及实现

4.3.1 基于DSP的APF控制器设计方法

4.3.2 IVC控制器硬件设计

4.4 谐波治理及无功补偿装置控制器的软件设计及调试

4.4.1 APF控制器软件设计

4.4.2 IVC控制器软件设计

4.5 工程应用效果

4.6 本章小节

总结与展望

参考文献

致谢

附录A （攻读学位期间获得的研究成果）