并联混合型有源滤波器及其在衡钢供电系统中的应用研究

摘要

在供电系统中，由于大量非线性负载向电网注入了大量的谐波电流，严重污染了企业配电网和附近其他电力用户的安全用电环境。因此，治理电网谐波既是依法用电的强制要求，也是电网安全经济运行的客观需要。 本文以华菱集团湖南衡阳钢管(集团)有限公司谐波治理问题为依托，首先详细阐述了有源电力滤波器(APF)的基本原理及其拓扑结构。接着以三相电路瞬时无功功率理论为基础，介绍了基于ip、iq算法的谐波检测电路及ip、iq算法的控制延迟补偿策略，提出了一种改进了的控制延迟补偿策略，即在延迟还未对补偿效果产生较大影响之前对补偿电流指令信号(if﹡)进行修正，从而实现对数字式控制器所产生的延迟时间的补偿。 其次对衡钢供电系统进行了分析，得知炼钢分厂的电弧炉、轧制机械、大功率整流设备等非线性负载产生了大量的谐波，不仅造成电网严重的谐波污染，而且也威胁负载及供电系统的安全运行。衡钢现有的谐波治理装置为-2、3、4、5次无源电力滤波器组(PF)，但由于设计原理及滤波方式本身固有的缺陷，不能达到完善、随机治理的目的。针对衡钢供电系统谐波治理现状，利用现有的PF，本文提出了一种适合于衡钢供电系统谐波治理的并联混合型APF的拓扑结构，并对它进行了原理分析及无源滤波部分和有源滤波部分的参数设计。 最后，建立了并联混合型APF的仿真模块，利用MATLAB仿真软件进行仿真实验，仿真结果表明并联混合型APF能够很好地滤除母线电流中的谐波分量，具有较好的动态补偿和抑制谐波的能力，具有重要的理论意义和工程实用价值。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1电力系统谐波概述

1.1.1产生谐波的主要谐波源

1.1.2谐波的严重危害和治理意义

1.1.3谐波抑制的措施

1.2国内外有源滤波技术的研究和发展现状

1.3论文的课题背景和主要研究内容

第二章有源电力滤波器理论分析

2.1有源电力滤波器原理

2.1.1指令电流运算电路

2.1.2电流跟踪控制电路

2.1.3主电路形式

2.2有源电力滤波器的拓扑结构

2.2.1并联型APF

2.2.2串联型APF

2.2.3串并联型APF

2.2.4混合型有源电力滤波器(Hybrid Active Power Filter,HAPE)

第三章谐波实时检测方法研究

3.1α、β坐标变换

3.2基于三相电路瞬时无功功率理论的ip、iq算法

3.3基于ip、iq算法的谐波电流检测电路

3.3.1ipiq检测负载谐波电流的电路

3.3.2ipiq检测负载无功电流分量的电路

3.3.3 ipiq同时检测负载谐波和无功电流分量的电路

3.4基于ip、lq算法的控制延迟补偿策略

3.4.1检测单次谐波时的延迟补偿策略

3.4.2一种新的控制延迟补偿策略

第四章衡阳钢管(集团)有限公司供电系统分析与谐波治理方案选择

4.1衡钢供电系统简介

4.2衡钢供电系统的主要谐波源

4.2.1炼钢分厂电弧炉产生的谐波

4.2.2直流钢包加热炉及轧制设备整流装置产生的谐波

4.3衡钢供电系统谐波治理方案选择

4.3.1衡钢供电系统现状分析

4.3.2衡钢供电系统谐波治理方案选择

第五章衡钢供电系统并联混合型有源电力滤波器的设计

5.1并联混合型有源电力滤波器的拓扑结构

5.2并联混合型APF的补偿原理

5.3并联混合型APF的设计

5.3.1无源部分的设计

5.3.2有源部分的设计

5.4 PWM调制技术

5.4.1 PWM逆变电路及控制原理

5.4.2改进的规则采样法

第六章系统仿真与分析

6.1 MATLAB仿真模型的设计

6.1.1谐波检测仿真模型的建立

6.1.2 PWM生成模块模型的建立

6.1.3逆变主电路模块模型的建立

6.2仿真结果分析

第七章总结与展望

参考文献

致谢

附录A攻读硕士学位期间发表的论文