WEM发射系统电源特性分析及其谐波治理关键技术研究

发布时间：2017-09-21 05:40

  本文关键词：WEM发射系统电源特性分析及其谐波治理关键技术研究

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【摘要】：WEM工程项目发射系统额定功率高达500kW,本质是通过功率器件的开关将电能转化为所需的极低频信号,其工作原理决定了它会对供电网产生影响,而电网的电能质量对国民经济各部门和人民的生活有着重要意义,必须予以重视,并处理到满足相关标准。电能质量各指标偏离规定值的程度不同,对设备有不同的影响,电能质量的影响和相关措施的采用是一个技术经济问题,应通过技术分析,寻求最佳的治理方案。本文先对谐波治理对象——WEM发射系统的电源特性进行了分析。根据电源采用12脉波整流器的结构特性,推导出特征次谐波的分布情况。并利用调制理论详细分析了由逆变端通过直流侧传递到电网端的非特征次谐波产生的原理及分布规律。利用仿真软件验证了上述电源系统谐波分布相关分析推导的正确性。根据发射系统的谐波特性,提出了一个基于时间轴伸缩的瞬时无功检测算法,然后对在检测算法中必不可少的低通滤波器的设计给出了两种实用的设计方法,并推导出其离散化形式;从控制理论的角度对直流侧的PI(比例积分)控制算法的原理进行析,得出其传递函数,并进一步给出了离散化形式;介绍了基于空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation:SVPWM)技术的指令电流跟踪策略,将其计算流程简化,并通过零矢量重排布的方法优化输出谐波。之后,将所提控制算法整合在一起,得到了一套完整的有源滤波器(Active Power Filter:APF)控制策略。对整个控制系统进行了仿真和实验验证。按照WEM发射系统的谐波特性将多个谐波频率电流源叠加作为模拟谐波源进行仿真,仿真结果表明本文所提控制策略谐波治理效果显著。搭建有源滤波器实验平台,对非线性负载进行谐波治理,取得了显著的治理效果,验证所提控制策略的可行性。
【关键词】：12脉波整流 间谐波 有源滤波器 控制策略
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM761
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景与意义9-12
• 1.1.1 WEM工程简介9
• 1.1.2 国内外谐波标准9-10
• 1.1.3 谐波的危害10
• 1.1.4 谐波的抑制方法10-12
• 1.2 有源滤波器的原理与结构12-13
• 1.3 主电路设计13-14
• 1.4 涉及关键技术14-16
• 1.4.1 谐波检测14-15
• 1.4.2 直流侧电压控制15
• 1.4.3 指令跟踪算法15-16
• 1.5 主要工作16-17
• 第二章 WEM发射系统电源特性分析17-44
• 2.1 电源系统特征次谐波分析17-26
• 2.1.1 6 脉波全桥整流器18-23
• 2.1.2 移相变压器23-24
• 2.1.3 12脉波整流电路谐波形成原理分析24-26
• 2.2 基于调制理论的电源系统非特征次谐波分析26-33
• 2.2.1 基于调制理论的直流侧电压电流模型28-30
• 2.2.2 基于调制理论的发射系统建模分析30-33
• 2.3 发射系统电源仿真及实验验证33-43
• 2.3.1 电源系统仿真验证33-38
• 2.3.2 现场实验数据分析38-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 并联型有源滤波器的控制策略44-75
• 3.1 谐波检测算法44-50
• 3.1.1 基于傅里叶级数的谐波电流检测45-46
• 3.1.2 基于瞬时无功理论的谐波电流检测46-49
• 3.1.3 基于时间轴伸缩的瞬时无功检测算法49-50
• 3.2 低通滤波器的设计50-52
• 3.2.1 模拟滤波器法51
• 3.2.2 数字滤波器法51-52
• 3.3 直流侧电压控制策略52-58
• 3.3.1 直流侧PI控制原理分析53-57
• 3.3.2 直流侧PI控制的实现方法57-58
• 3.4 基于SVPWM算法的指令电流跟踪控制策略58-69
• 3.4.1 SVPWM算法基本原理58-65
• 3.4.2 SVPWM算法的计算流程65-66
• 3.4.3 SVPWM算法的计算流程的简化66-69
• 3.5 SVPWM控制算法的谐波优化69-73
• 3.6 综合控制策略73-74
• 3.7 本章小结74-75
• 第四章 仿真验证75-87
• 4.1 谐波检测算法仿真验证75-79
• 4.2 控制系统仿真79-86
• 4.2.1 主电路设计79-80
• 4.2.2 控制算法仿真设计80-84
• 4.2.3 仿真结果分析84-86
• 4.3 本章小结86-87
• 第五章 实验平台的实现及实验效果分析87-100
• 5.1 实验平台的实现87-96
• 5.1.1 硬件平台87-93
• 5.1.2 软件功能模块与控制流程设计93-96
• 5.2 实验条件96-97
• 5.3 实验结果及分析97-100
• 第六章 总结与展望100-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-108
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文108

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