三相电压型不控整流装置的频域谐波模型

发布时间：2018-12-17 11:02

【摘要】：随着经济的发展和科学技术的进步,社会的电气化程度越来越高。非线性电力电子装置在运行过程中会不断向电力系统注入谐波,对用电设备的正常工作以及电力系统的安全稳定运行都造成了非常严重的影响,电力系统的谐波问题已得到电力部门和科研工作者的高度重视。电压型整流装置是电力系统中最主要的谐波源之一,其应用范围非常广泛,例如交-直-交变频器、电视、空调、节能灯以及电动汽车中都含有电压型整流环节。从电能质量的角度讲,电压型整流装置所产生的谐波电流总畸变率非常高,对电力系统的安全稳定运行造成了很大的威胁。目前应用最广泛的谐波源模型是传统的恒流源模型,模型原理简单,但估计谐波的水平欠佳,无法进一步对系统中广泛分布的电压型整流装置在各种运行工况下的谐波电流产生情况进行评估。电压型不控整流装置的谐波研究已成为本领域亟待解决的关键问题。本文对三相电压型不控整流装置的谐波模型进行了深入研究。建立了三相电压型不控整流装置在断续和连续工作状态下的谐波耦合矩阵模型,并对其谐波产生特性进行分析。提出了基于直流侧电流判断三相电压型不控整流装置工作状态的新方法,并分析了电路中影响其工作状态的因素。验证了利用三相电压型不控整流等值电路来简化交-直-交变换器谐波分析的可行性,并对等值电路的参数进行了估算。通过对比模型的编程计算结果、时域仿真结果以及实验测量结果,证明了所提出的谐波耦合矩阵模型可准确地表征含有三相电压型不控整流环节的交-直-交变换器所产生的谐波。论文的主要研究内容如下：(1)结合整流装置的工作原理,在断续和连续两种工作状态下分别建立三相电压型不控整流装置的谐波耦合矩阵模型。该模型能够将时域的非线性特征转化为频域的谐波耦合导纳矩阵,矩阵中各元素可以直观地体现出各次谐波电压和谐波电流的耦合关系。相比于传统的恒流源模型,谐波耦合矩阵模型能够更准确地体现三相电压型不控整流装置的谐波产生特性。由模型中各矩阵元素的分布特点可知,基频电压对谐波电流的贡献较大,谐波电压对谐波电流的贡献随着阶数的增加而减小,模型中相同次数的谐波电压对谐波电流的影响要大于不同次数谐波电压对谐波电流的影响。(2)提出基于直流侧电流判断三相电压型不控整流装置工作状态的新方法。该方法仅依据电路参数和供电端电压即可判断整流装置的工作状态。进一步分析了电路基本参数和供电端电压的THD对三相电压型不控整流装置工作状态的影响。研究表明,直流侧电阻R在很大程度上决定了三相电压型不控整流装置的工作状态,其次是电感L和供电端电压的THD,电容C对工作状态的影响较小,因此在三相电压型不控整流装置的谐波分析中,可以近似认为电容C是恒定值。(3)利用所提出的谐波耦合矩阵模型对交-直-交变换器的谐波进行了分析,首先提出利用三相电压型不控整流等值电路来简化交-直-交变换器谐波分析,并给出了确定等值电路中参数的方法。等值电路中直流侧电阻R的经验公式考虑了交-直-交变换器的负载电机启动时会存在的转矩震荡以及实际运行中会出现的转速不稳等特殊情况,因此能够更好地反映交-直-交变换器的谐波变化以及负载的运行情况。三相电压型不控整流电路能够反映出交-直-交变换器中低次谐波的产生情况,并在很大程度上简化了变换器的谐波分析过程。(4)在Matlab/Simulink中搭建了三相电压型不控整流电路的仿真模型,并在实验室搭建了相应的硬件电路。通过对比谐波耦合矩阵模型的编程计算结果、时域仿真结果以及实验测量结果,验证了所提出的三相电压型不控整流装置工作状态的判定方法准确有效。所建立的谐波耦合矩阵模型能够准确反映三相电压型不控整流装置的谐波产生特性。进一步在实验室对交-直-交变换器所产生的谐波进行了实验测量,综合验证了利用三相电压型不控整流电路分析交-直-交变换器的谐波产生特性是合理可行的。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM461

【参考文献】