并联型有源电力滤波器在电力系统谐波治理中的仿真研究

摘要

目前电力系统中负荷功率因数偏低且谐波污染情况较为严重，这些问题都严重影响着电网的电能质量。为改善电网电能质量，可采用有源电力滤波器装置来提高负荷功率因数、滤除谐波。 本论文课题属于校“十五”专向科技基金课题“柔性供配电系统(配电FACTS，FACDS)”，以配电系统中谐波消除和无功补偿的问题为研究对象，对在理想的三相平衡交流电压电源，负载为非线性负荷的电力运行环境下，重点研究了用于配电系统的SAPF对电网中典型谐波源的治理，SAPF可以消除非线性负载给配电系统带来的谐波，补偿无功功率，从而稳定电源电压，提高电能质量。 本文介绍了APF装置的基本原理及其构成，推导了三相三线制SAPF的数学模型，研究了谐波和无功电流的检测方法和检测点的选择及PWM控制方式。重点研究了瞬时无功理论和单位功率因数检测算法，对三角载波线性控制和滞环比较控制方式进行了比较，确定了适合本控制系统的三角载波线性控制方式。 本文根据电力系统典型谐波源研究了它们的谐波特性，并分别建立了适合电力系统仿真研究的模型，重点研究了一种适合电力系统谐波分析和控制研究的电弧炉模型，根据电弧炉实际运行条件进行了模型仿真研究，表明这种模型能够较准确的模拟电弧，为电弧炉供电系统的运行分析，改善电能质量的研究提供了依据。对SAPF的控制方式进行了研究和稳定性分析，确定了系统的PI参数。本文还对SAPF主电路的各部分参数进行了设计，并结合仿真对参数进行了优化选择。 本文利用MATLAB的图形仿真软件SIMULINK分别搭建了三相SAPF系统的仿真模型，对不同的控制方式针对电网中典型谐波源，三相整流桥和电弧炉负载进行了仿真分析，表明所设计控制系统的可行性和有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1电能质量的定义及改善措施的研究现状

1.2FACDS的研究和发展应用

1.3谐波和无功功率的产生与影响

1.4FACDS中的谐波和无功补偿装置

1.4.1谐波抑制和无功补偿装置

1.4.2APF的国内外研究历史与发展方向分析

1.5本论文的主要研究内容

2SAPF工作原理与控制方法的研究

2.1APF的分类和补偿特性

2.2SAPF的基本工作原理与主电路拓扑结构的选择

2.3SAPF数学模型的建立

2.4谐波和无功电流检测方法的研究与改进

2.4.1瞬时无功理论检测方法的研究与改进策略

2.4.2单位功率因数检测方法的改进和仿真研究

2.5SAPF控制方法的比较与选择

2.5.1滞环比较控制方式

2.5.2三角波比较控制方式

2.5.3两种方式的比较

2.6本章小结

3谐波源类型的谐波特性和模型研究

3.1谐波源类型

3.1.1含有整流电路的电力电子装置

3.1.2含有电弧和铁磁的非线性设备

3.2电弧炉系统的模型研究

3.2.1电弧炉电气系统

3.2.2交流电弧的物理特性

3.2.3交流电弧完整的非线性模型的建立

3.2.4电弧炉供电系统模型的验证与分析

3.3本章小结

4SAPF系统的设计及其控制系统稳定性分析

4.1SAPF主电路拓扑结构参数计算

4.1.1目前主电路常用功率器件的筛选

4.1.2交流侧电感L的考虑与选取

4.1.3直流侧电容的选取与电压的控制

4.1.4高通滤波器(HPF)的设计

4.2谐波电流检测点选择的研究

4.3控制系统的稳定性分析

4.3.1控制方式一(检测负载电流)的研究与稳定性分析

4.3.2控制方式二(检测电源电流)的研究与稳定性分析

4.4本章小结

5仿真试验

5.1 Matlab仿真软件简介

5.2SAPF对含有整流电路的电力电子装置的谐波补偿

5.2.1控制方式一(检测负载电流)的仿真试验与结果分析

5.2.2控制方式二(检测电源电流)的仿真试验与结果分析

5.3SAPF对电弧炉系统的谐波抑制

5.3.1SAPF抑制电弧炉系统谐波的仿真结构与波形分析

5.4小结

6结论与展望

参考文献

研究生期间发表的论文