基于有源电力滤波器在变频调速系统中的谐波治理与应用研究

发布时间：2017-10-07 14:41

  本文关键词：基于有源电力滤波器在变频调速系统中的谐波治理与应用研究

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【摘要】：随着电力电子技术在变频调速装置、电解、高压直流输电、电力机车牵引中的广泛应用,而这些负荷具有非线性、不平衡的特点,导致电网的谐波污染日益严重,还会引起无功不足,电压暂升、暂降等问题。而工业用户对电能质量的要求越来越高,因此,提高电网电能质量和推广企业节能增效新技术已迫在眉睫。本文以磨浮车间变频调速系统谐波和无功补偿综合治理项目为背景,设计了以并联混合型有源电力滤波器装置为主技术解决方案,实现谐波动态治理和无功补偿,仿真结果表明该装置的投入使用明显改善企业用户用电网络的电能质量。首先,介绍了谐波分析方法及无功补偿的主要方式,并对谐波污染和无功不足产生的原因和危害进行了概括。其次,参阅工程资料对无功需求进行分析计算；搭建电机变频调速系统的仿真模型,并对其变频调速性能进行仿真实验,其仿真结果符合预期目标；接着在不同频率、不同负载情况下进行仿真,对仿真结果进行详细的谐波特性分析,电流畸变严重,其中5次、7次谐波电流含量最多,其他高次谐波也超出国家标准值。因此,本文设计了利用混合型有源电力滤波器技术解决方案,无源部分主要滤除5次、7次谐波,并提供无功补偿,其他高次谐波由有源部分进行动态治理。本文对并联混合型有源电力滤波器的拓扑结构和工作原理进行分析,搭建了治理方案的仿真模型。最后,对治理效果进行分析,在不同频率、不同负载工作方式下谐波电流含有量和功率因数跟国家标准进行比对,其结果优于国家标准,有效地实现了治理目标。本文最后分析该装置投入使用为企业用户带来的经济效益和社会效益。
【关键词】：变频调速 谐波与无功补偿 滤波器 经济效益 社会效益
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM761
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状及治理方式12-14
• 1.3 主要研究内容14-15
• 第2章 谐波分析方法及无功补偿15-23
• 2.1 谐波的定义15-16
• 2.2 谐波分析方法16-19
• 2.2.1 离散傅里叶变换16-17
• 2.2.2 快速傅里叶变换17-19
• 2.3 谐波产生原因及危害19-20
• 2.4 无功功率的定义、产生和影响20-22
• 2.5 无功补偿方法22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 变频调速系统及谐波特性分析23-39
• 3.1 工程概况23-25
• 3.1.1 方案设计大致流程23-24
• 3.1.2 电气设备选型24-25
• 3.2 供电系统概况25
• 3.3 主变技术参数25-26
• 3.4 无功分析26-27
• 3.5 变频调速系统建模27-32
• 3.5.1 SPWM和VVVF转速开环异步电机调速基本原理27-29
• 3.5.2 变压变频(VVVF)调速的基本控制方式原理29-31
• 3.5.3 控制系统仿真模型的建立31-32
• 3.6 仿真结果分析32-38
• 3.6.1 变频特性分析32-34
• 3.6.2 谐波特性分析34-38
• 3.7 无功补偿及谐波动态治理需求分析38
• 3.8 本章小结38-39
• 第4章 混合型有源电力滤波器设计39-52
• 4.1 无源电力滤波器39-43
• 4.1.1 单调谐滤波器39-40
• 4.1.2 高通滤波器40
• 4.1.3 双调谐滤波器40-41
• 4.1.4 无源滤波器的设计41-43
• 4.2 有源电力滤波器43-45
• 4.2.1 有源滤波器的系统构成及分类43-44
• 4.2.2 串联型有源电力滤波器44
• 4.2.3 并联型有源电力滤波器44-45
• 4.3 混合型有源电力滤波器45-49
• 4.3.1 混合有源电力滤波器电路结构及工作原理45-46
• 4.3.2 补偿电流检测方法及控制策略46-49
• 4.4 混合型有源电力滤波器设计及可行性仿真分析49-51
• 4.4.1 系统拓扑结构49-50
• 4.4.2 混合型有源电力滤波器的模型搭建50
• 4.4.3 混合型电力滤波器仿真结果可行性分析50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 治理效果及经济社会效益分析52-64
• 5.1 项目方案52-53
• 5.2 HAPF方案介绍53-55
• 5.2.1 交流侧输出电感和直流侧电容54
• 5.2.2 无功补偿柜及有源电力滤波器54-55
• 5.2.3 出厂试验方案设计55
• 5.3 仿真研究55-60
• 5.3.1 仿真模型的建立55-56
• 5.3.2 仿真结果分析56-60
• 5.4 经济效益60-62
• 5.4.1 节约电费成本60-61
• 5.4.2 减少线路损耗61
• 5.4.3 降低用电设备附加损耗所创造的经济效益61-62
• 5.4.4 补偿设备投资成本62
• 5.5 社会效益62-63
• 5.5.1 降低配电网损耗,提高电能质量及安全性62-63
• 5.5.2 提高产品质量和延长电气设备使用寿命63
• 5.6 本章小结63-64
• 总结与展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表论文和参与项目70

【参考文献】

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本文编号：988432