电能优化装置控制算法的研究(附件)
随着电力电子技术的发展，越来越多的电力电子装置被投入到实际应用中。这类装置运行时，将产生大量的谐波，并导致功率因数下降，恶化了电能质量，不仅增加了电网的供电损耗，而且对电力系统的保护装置与自动化装置的正常运行产生了很大的影响，直接威胁电网的安全。对PWM控制算法的研究是电能优化装置的核心环节之一。因此，本课题重点围绕电能优装置中的滤除谐波电流来展开的，从而达到提高功率因数、减小电网的供电损耗的目的。本课题首先对电能优化装置中的工作原理进行了建模分析，对控制要求进行总结说明；其次对目前广泛应用的PWM（Pulse Width Modulation）控制策略的三种主要方式三角载载波比较方式、滞环比较方式和空间矢量PWM方式进行了比对分析。在此基础上提出了一种新颖的基于电流滞环比较的空间电压矢量的PWM控制算法，该方法可以实现滤除谐波、提高功率因数的效果。最后，本课题采用PSCAD仿真软件与实验系统验证的手段，对所提出的优化算法进行了验证。关键词 电能优化装置，PWM控制，滞环比较控制算法，空间电压矢量控制算法
目 录
1 绪论 1
1.1 谐波的产生和危害 1
1.2 抑制谐波的措施 2
1.3 谐波治理的研究现状 2
1.4 对电能优化装置的分类 4
1.5 本文的主要研究内容 5
2 电能优化装置的原理分析 5
2.1 电能优化装置工作原理 6
2.2 谐波检测方法概述 6
2.3 直流侧电压的控制 7
2.4 电能优化装置中常用的PWM控制 10
2.5 小结 13
3 电能优化装置的PWM控制算法研究 13
3.1 电能优化装置的主电路模型 14
3.2 三相三线制谐波补偿的分析 20
3.3 小结 23
4 仿真与实验结果的分析 23
4.1 仿真软件介绍 24
4.2 仿真模型参数 24
4.3 仿真结果 25
4.4 实验系统介绍 28
4.5 实验波形分析 29
4.6 小结 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1
结论与展望 32
致 谢 33
参考文献 34
1 绪论
电力电子技术的进步让更多的器件产生，由此电能的发展越来越快，但正是因为这些器件的运行，才使电网电压和电流发生了畸变。同时，谐波和无功电流的注入量增大，电网有时候就会出现故障，甚至有的电气设备停止动作。因此很多与这有关的领域都在研究这方面的内容。根据当前国内外的发展使用状况，在谐波和无功补偿上，电能优化装置的发展空间还是很大的[1]。
1.1 谐波的产生和危害
1.1.1 谐波的产生
在本世纪二三十年代，由于对汞弧变流器使用不当造成了电网电压和电流畸变的问题。最早的一篇关于汞弧变流器谐波的论文是1945年J.C.Read发表的，并且这还被视为经典论文[2]。五六十年代，E.WKimbark在他的著作中详细的概括了谐波问题[3]。早在1920年至1940年期间，电力系统所产生的谐波问题就引起了大多数科学人员的重视。当时在欧洲的一些国家，谐波的影响非常严重，就连一些普通的静止汞弧变流器的投入使用也会导致电压波形的改变同时还会引起某些电流波形的畸变。由于在上世纪中期高压直流输电技术的发展十分迅速，因此人们对谐波有了更进一步的认识。当前的谐波污染问题还是非常严重的，也成为各国的关注焦点。谐波的来源有以下几种：
1）电力变压器的非线性励磁；
2）旋转电动机引起的谐波；
3）电弧炉引起的波形畸变；
4）各种电力电子装置。
1.1.2 谐波的危害
近年来，谐波污染的问题越来越严重。各种故障和事故频频发生，人们对它的关注度也有很大的提高。谐波所带来的危害主要有以下两个方面：
（1）对电力系统方面的产生的危害：
1)谐波的存在会导致系统的谐振，会造成谐波放大，严重时还会破坏之相连的电抗器、电阻器以及电容器等。
2) 导致公用电网中的一些设备非正常运行，因此也会产生额外的谐波损耗这样就增加了电网的线损，降低了发电、输电的效率，同时还会使各种电气设备的使用效率下降。
3) 谐波电流有个集肤效应，它会使系统设备的附加损耗变大，大多时候还会缩短这些设备的使用年限。
（2）对信号干扰方面产生的危害：
1) 谐波一般通过电磁感应的方式，对附近的用电设备以及通讯网络造成严重的影响，谐波污染严重时甚至会导致一些装置无法正常运行，更会使系统保护装置误动作货拒动。
2) 测量仪器的准确受谐波的影响。它们大多数都是在标准正弦波出现时进行对比验证的，因此这种测量仪表也会因为谐波的存在产生一定的测量误差。
3) 面对谐波污染的日趋严重这一严峻的问题，怎么样抑制谐波的产生，是当前和以后都要研究的问题。
1.2 抑制谐波的措施
目前治理谐波的手段主要有两种。第一种是从根源出发，即抑制谐波的产生或者减少产生的谐波，如用PWM整流或者改变功率因数。第二种是优化，即要在电路中加入一个装置，可以通过这个装置来改变谐波的含量。
在电力系统中，用LC电路的谐振来消除谐波是比较传统的做法。这种方法的优点也是不可忽略的，基本上可以很好的控制住谐波。但是无源电能装置的动态补偿不理想，电网参数的变化会影响其补偿效果。
随着技术的不断发展，以前的一些电能装置的使用已经不能满足需求，为了更好的控制谐波，电能优化装置就产生了。作为一个新型的电能优化装置，即使频率和大小两个变量都发生了变化仍然可以补偿谐波和无功功率，依据它的这种补偿效果，可以选择理想的谐波补偿装置时[4]。
1.3 谐波治理的研究现状
为解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题，主要有两条途径：主动型：对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因素可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置；被动型：装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的。至于采用哪种途径，应根据经济效益来决定。另外，对已经在运行工作的装置只能通过加装电能装置来实现。
目 录
1 绪论 1
1.1 谐波的产生和危害 1
1.2 抑制谐波的措施 2
1.3 谐波治理的研究现状 2
1.4 对电能优化装置的分类 4
1.5 本文的主要研究内容 5
2 电能优化装置的原理分析 5
2.1 电能优化装置工作原理 6
2.2 谐波检测方法概述 6
2.3 直流侧电压的控制 7
2.4 电能优化装置中常用的PWM控制 10
2.5 小结 13
3 电能优化装置的PWM控制算法研究 13
3.1 电能优化装置的主电路模型 14
3.2 三相三线制谐波补偿的分析 20
3.3 小结 23
4 仿真与实验结果的分析 23
4.1 仿真软件介绍 24
4.2 仿真模型参数 24
4.3 仿真结果 25
4.4 实验系统介绍 28
4.5 实验波形分析 29
4.6 小结 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1
结论与展望 32
致 谢 33
参考文献 34
1 绪论
电力电子技术的进步让更多的器件产生，由此电能的发展越来越快，但正是因为这些器件的运行，才使电网电压和电流发生了畸变。同时，谐波和无功电流的注入量增大，电网有时候就会出现故障，甚至有的电气设备停止动作。因此很多与这有关的领域都在研究这方面的内容。根据当前国内外的发展使用状况，在谐波和无功补偿上，电能优化装置的发展空间还是很大的[1]。
1.1 谐波的产生和危害
1.1.1 谐波的产生
在本世纪二三十年代，由于对汞弧变流器使用不当造成了电网电压和电流畸变的问题。最早的一篇关于汞弧变流器谐波的论文是1945年J.C.Read发表的，并且这还被视为经典论文[2]。五六十年代，E.WKimbark在他的著作中详细的概括了谐波问题[3]。早在1920年至1940年期间，电力系统所产生的谐波问题就引起了大多数科学人员的重视。当时在欧洲的一些国家，谐波的影响非常严重，就连一些普通的静止汞弧变流器的投入使用也会导致电压波形的改变同时还会引起某些电流波形的畸变。由于在上世纪中期高压直流输电技术的发展十分迅速，因此人们对谐波有了更进一步的认识。当前的谐波污染问题还是非常严重的，也成为各国的关注焦点。谐波的来源有以下几种：
1）电力变压器的非线性励磁；
2）旋转电动机引起的谐波；
3）电弧炉引起的波形畸变；
4）各种电力电子装置。
1.1.2 谐波的危害
近年来，谐波污染的问题越来越严重。各种故障和事故频频发生，人们对它的关注度也有很大的提高。谐波所带来的危害主要有以下两个方面：
（1）对电力系统方面的产生的危害：
1)谐波的存在会导致系统的谐振，会造成谐波放大，严重时还会破坏之相连的电抗器、电阻器以及电容器等。
2) 导致公用电网中的一些设备非正常运行，因此也会产生额外的谐波损耗这样就增加了电网的线损，降低了发电、输电的效率，同时还会使各种电气设备的使用效率下降。
3) 谐波电流有个集肤效应，它会使系统设备的附加损耗变大，大多时候还会缩短这些设备的使用年限。
（2）对信号干扰方面产生的危害：
1) 谐波一般通过电磁感应的方式，对附近的用电设备以及通讯网络造成严重的影响，谐波污染严重时甚至会导致一些装置无法正常运行，更会使系统保护装置误动作货拒动。
2) 测量仪器的准确受谐波的影响。它们大多数都是在标准正弦波出现时进行对比验证的，因此这种测量仪表也会因为谐波的存在产生一定的测量误差。
3) 面对谐波污染的日趋严重这一严峻的问题，怎么样抑制谐波的产生，是当前和以后都要研究的问题。
1.2 抑制谐波的措施
目前治理谐波的手段主要有两种。第一种是从根源出发，即抑制谐波的产生或者减少产生的谐波，如用PWM整流或者改变功率因数。第二种是优化，即要在电路中加入一个装置，可以通过这个装置来改变谐波的含量。
在电力系统中，用LC电路的谐振来消除谐波是比较传统的做法。这种方法的优点也是不可忽略的，基本上可以很好的控制住谐波。但是无源电能装置的动态补偿不理想，电网参数的变化会影响其补偿效果。
随着技术的不断发展，以前的一些电能装置的使用已经不能满足需求，为了更好的控制谐波，电能优化装置就产生了。作为一个新型的电能优化装置，即使频率和大小两个变量都发生了变化仍然可以补偿谐波和无功功率，依据它的这种补偿效果，可以选择理想的谐波补偿装置时[4]。
1.3 谐波治理的研究现状
为解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题，主要有两条途径：主动型：对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因素可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置；被动型：装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的。至于采用哪种途径，应根据经济效益来决定。另外，对已经在运行工作的装置只能通过加装电能装置来实现。
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