单相电路的谐波与无功电流检测方法研究researchondetectionmethodofharmonicsandrea
摘 要摘 要谐波污染对于电网及众多电气设备具有巨大威胁与损害,有源电力滤波器(APF)是一种能够抑制谐波进入电网及提高电网功率因数的电力电子装置,较之传统的谐波处理方法有极大优势,是治理电网谐波污染的有力工具。近些年开始研究的单相有源滤波器,其性能优劣与其所采用的谐波电流检测法息息相关,我们需要选择合适的方法使其能够正常工作,产生正确的补偿电流。本文根据有源电力滤波器对谐波及无功电流检测的实时性和准确性的要求,采用基于瞬时无功功率理论的检测方法对单相电流进行分解,具体通过移相任意角度构造两相电流,计算得出基波、谐波和无功电流。该方法较好地解决了单相电路的谐波和无功电流的检测,算法简单易于实现,并通过Simulink对其进行仿真研究,通过对比基波有功电流和电网电压波形,证明该方法的有效性。关键词谐波检测;有源电力滤波器;单相电流分解
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景与研究意义 1
1.1.1 谐波的产生原因 1
1.2.1 传统的谐波抑制方法 3
1.2.3 现有的谐波及无功电流检测方法 4
1.3 国内外谐波研究现状 5
1.3.1 谐波研究发展过程 5
1.3.2 现今国内外谐波抑制研究进展及存在的问题 6
1.4 本文主要研究内容 7
第二章 基于有源滤波器的新型谐波抑制方法 8
2.1 有源电力滤波器(APF)概述 8
2.2 有源电力滤波器的基本原理 9
2.3 有源滤波器的主要功能 10
2.4 本章小结 10
第三章 单相电路谐波检测方法研究 11
3.1 三相电路瞬时无功功率理论分析 11
3.2 三相电路瞬时谐波和无功电流实时检测方法分析 15
3.2.1 p、q运算方法 15
3.2.2 ip、iq运算方法 16
3.3 单相电路谐波和无功电流检测方法 17
3.3.1 移相构造三相电流方法 17
3.3.2 移相任意角度构造两相电流方法 18
3.4 本章小结 20
第四章 单 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景与研究意义 1
1.1.1 谐波的产生原因 1
1.2.1 传统的谐波抑制方法 3
1.2.3 现有的谐波及无功电流检测方法 4
1.3 国内外谐波研究现状 5
1.3.1 谐波研究发展过程 5
1.3.2 现今国内外谐波抑制研究进展及存在的问题 6
1.4 本文主要研究内容 7
第二章 基于有源滤波器的新型谐波抑制方法 8
2.1 有源电力滤波器(APF)概述 8
2.2 有源电力滤波器的基本原理 9
2.3 有源滤波器的主要功能 10
2.4 本章小结 10
第三章 单相电路谐波检测方法研究 11
3.1 三相电路瞬时无功功率理论分析 11
3.2 三相电路瞬时谐波和无功电流实时检测方法分析 15
3.2.1 p、q运算方法 15
3.2.2 ip、iq运算方法 16
3.3 单相电路谐波和无功电流检测方法 17
3.3.1 移相构造三相电流方法 17
3.3.2 移相任意角度构造两相电流方法 18
3.4 本章小结 20
第四章 单 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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相电路电流分解方法的选择 21
4.1 锁相环(PLL)原理介绍 21
4.2 移相90o构造两相电流分解单相电流 22
4.3 本章小结 23
第五章 单相电路电流分解的计算机仿真分析 24
5.1 检测谐波和无功电流分量之和的仿真模型建立 24
5.2 分离出单一谐波电流的仿真模型建立 26
5.3 计算机仿真结果分析 27
5.4 本章小结 27
第六章 总结与展望 28
致谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
从第二次工业革命至今,电力对世界的影响越来越大,随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高,各类电器及电力电子设备被运用于实验、工作及日常生活中。然而,大量设备的使用造成电力系统的谐波污染日益严重,电网中谐波的危害不可忽视。科技发展至今,谐波的破坏越来越大,对谐波问题的处理极为迫切。
1.1.1 谐波的产生原因
电流的电量中,频率大于基波的电量被称为谐波。当电力系统中某些设备器件的电压与电流即不成正比关系时,会造成波形畸变,这就产生了谐波。在电力系统对非线性设备及负荷进行供电时,这些设备及负荷通过电能变换把部分的基波能量转换为谐波能量,反过来向电力系统输入大量的谐波,使得电力系统的正弦波形畸变,导致电能供应质量降低。
1.1.2 谐波对电力设备的危害
对变压器而言,在谐波电流的影响下,其铜损即绕组损耗会更大,在谐波电压的影响下,变压器的铁损即铁芯损耗会变大。若输入的正弦电流和电压是纯正基本波便不会出现问题,和基本波相比,谐波会使得变压器温度升高,缩减变压器的运行使用寿命。
谐波对电力电缆的影响很大。在传输线路中,非正弦波电流流过时产生的热量比均方根值相同的纯正的正弦波电流产生的热量高出很多,由于集肤效应和邻近效应的存在,非正弦波电流会造成多余的热量,多余能量损耗的大小取决于电流频率及线路导体的尺寸和间隔。在这两种效应影响下,导体交流电阻增大,从而导致电力电缆损耗增加。
谐波电流和电压对感应及同步电动机同样具有很大影响,和变压器一样,来
自电网的谐波电压和电流会造成电动机的铁损和铜损的增加,并在其运行时引起温度升高。这些额外的损耗和无谓的额外温升会降低电动机的效率,影响其转矩。电动机的负荷设备往往对电动机转矩的变化比较敏感,当电动机转矩输出不稳定是,其所生产产品的质量将不能得到保障,造成工厂工业生产成本增高,利润减少,不利于公司企业发展。谐波对电动机的影响在造纸业、纺织业、和一些金属加工业方面想到明显。
谐波电流对于开关类器件也有着巨大影响,电网的谐波会使开关产生额外的温升,降低其对于基波电流的负载能力。开关温升的提高会影响使用寿命,这种影响对与开关中的绝缘组件而言十分巨大。
生活生产中频繁使用的大量电力电子设备会受到供电电压的谐波畸变的影响,依靠电压波形的过零点或其它电压波形,这类设备才能获得同步运行得机会。然而,电压谐波畸变会导致电压过零点漂移,也可能造成电路中各电压分量位置发生改变。然而想要对不同类型的电力电子电路进行控制,这两点至关重要,不可或缺。准确判断电压过零点与电压位置点非常重要,测算失误的话,电力电子设备的控制系统会失灵失控。对于通讯设备而言,电力与通讯线路之间的感性或容性耦合会对其造成一定程度上的干扰。
1.1.3 谐波危害案例及抑制谐波的迫切性
几十年来,我国的经济都处于飞速发展之中,在现今生活中,越来越多的电器及电子设备被人们使用。在民用建筑中,大量的电力设备如UPS电源、节能型灯具及家用电器中的空调、冰箱、微波炉、个人计算机等被应用起来,医院也逐渐引进了许多高新科技,如CT机之类的大型医疗设备,如今各类大学也有了足够的资金在自己的实验室中引入众多先进的电力电子实验设备。大量的设备造成了非线性负荷注入电网的谐波日益增多,极大影响了电网电能质量。在写字楼、超市、医院、居民小区、酒店公寓这类电力设备集中使用、电能大量频繁消耗的地区,谐波造成污染已然相当严重。
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