电力系统非线性负载仿真分析及其模拟发生装置研究

摘要

随着电力工业的持续高速发展，电力系统中非线性负荷的急剧增加，电力电子设备的广泛应用，电网和负荷特性发生了很大的变化，电压和电流畸变越来越明显。越来越多的非线性电气设备接到电网中运行，使得电网中的电流与电压的波形不是标准的正弦波波形，而是存在不同程度畸变。研究非线性负载产生谐波的机理，并用精确实用的模型进行非线性负载仿真分析，将有利于谐波分析与治理的进行。 本研究首先以五种典型的非线性负载:电容滤波的三相不可控整流电路、三相交流调压电路、低压通用变频器、电力机车、中频炉为例进行了仿真分析。利用MATLAB/SIMULINK为工具来搭建谐波电流的仿真模型，以实际电路为例进行仿真研究。然后，对三相非线性负载电流发生装置数字控制方式进行较全面的研究，并开发了相应的非线性负载电流发生装置。由负载控制变换器和并网逆变器组成的背靠背式系统结构，分析输入模拟变换器模拟纯阻、阻感、阻容、非线性负荷的原理，分析并网变换器通过直流电压外环控制系统功率平衡的工作机理，并给出控制结构框图。从系统工作模式、装置容量、直流电压水平、交流电流纹波允许范围、电流瞬态响应过程等角度考虑，给出输入、输出变换器电感取值范围;通过变换器功率平衡方程的建立，得到直流电压纹波与各电路参量的关系，进而从抑制纹波幅值角度给出直流母线电容的取值范围。最后，对开发的非线性负载电流发生装置进行实验测试与结果分析。分别对装置电源、风机及接触器、传感器、控制信号、故障保护动作等进行了实验测试。测试结果表明电源输出特性满足要求;风机能够正常运转，气流方向与设计相同，风速大小适宜;所用传感器均工作正常;控制信号准确;故障保护软硬件均设置良好，保护动作准确。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究工作

第二章 非线性负载仿真分析

2．1 电力系统非线性负载仿真分析方法

2．1．1 非线性负载仿真

2．2 典型非线性负载的信号模型仿真

2．2．1 电容滤波的三相不可控整流电路

2．2．2 带电阻负载的三相交流调压电路(α=60°)

2．2．3 低压通用变频器

2．2．4 电力机车

2．2．5 中频炉

2．2．6 仿真结果分析

第三章 非线性负载电流发生装置设计

3．1 非线性负载电流发生装置的组成及工作原理

3．1．1 主电路拓扑结构

3．1．2 负载类型设定

3．1．3 直流能量存贮单元

3．1．4 负载控制变换器

3．1．5 并网逆变器

3．1．6 工作原理

3．2 非线性负载电流发生装置硬件分析与设计

3．2．1 脉冲宽度调制技术

3．2．2 电流跟踪控制策略

3．2．3 参考电流计算

3．2．4 直流侧参数确定及电压控制

3．2．5 开关谐波的抑制——LCL滤波器

3．3 非线性负载电流发生装置软件设计

3．3．1 上位机

3．3．2 下位机

第四章 实验测试与分析

4．1 电源测试

4．2 弱电调试

4．3 控制信号测试

4．4 故障发生时的保护动作

4．5 稳压程序调试

第五章 总结

5．1 全文小结

5．2 展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C：试验测试波形及频谱