谐振抑制型低频混合滤波装置关健技术研究
发布时间：2021-12-09 05:48
磁约束聚变装置变流系统将交流电能转换为可控的直流电压/电流传输给装置内部磁体,从而实现等离子体的产生、约束、维持、加热以及等离子体电流、位置、形状、分布和破裂的控制。随着托卡马克电源功率的提高,运行模式的复杂,变流器运行过程中产生大量频谱复杂的非特征谐波,而绝大多数特征次谐波已经得到了有效抑制,过去常被忽略的非特征次如低次谐波、间谐波对系统产生越来越大的危害。如EAST装置在近些年的运行过程中观察到了幅值较大的二次谐波,远超国标限值。本文针对聚变电源系统出现的低次谐波和低频谐振现象,提出了一种谐振抑制型混合滤波方案,详细分析了其拓扑结构、深入研究了其控制策略并研制了试验实验平台,验证了提出方案的可行性,给大科学装置的应用提供了现实参考。本文主要研究内容和创新点如下:(1)详细分析了多种有源滤波器注入无源的方式,结合系统稳定性、可行性和经济性等多方面因素,依据聚变低频谐波发射和传导机理,提出了一种基于系统阻抗映射机理的新型谐振式混合有源滤波方案,建立了频带阻尼控制的数学模型,突破了无源滤波易谐振、有源滤波应用高压难的制约,同时解决了低次谐波和低频谐振抑制的问题。(2)通过对不同控制策略的...
【文章来源】： 中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：142 页
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 聚变领域低次谐波问题
1.1.2 聚变领域低频抑制现状
1.2 低频混合滤波的必要性及意义
1.3 混合有源滤波器的发展现状
1.4 课题研究的难点和特殊性
1.5 本文的主要研究内容
第2章 低频混合滤波装置结构与原理研究
2.1 系统低频谐波发射传导特性
2.1.1 EAST电网结构
2.1.2 EAST电源二次谐波发射典型现象
2.1.3 EAST电源二次谐波传导机理
2.1.4 ITER谐振频率与谐波电流系数预测
2.2 有源滤波装置拓扑结构
2.2.1 APF单独使用拓扑
2.2.2 APF混联型拓扑
2.3 低频混合滤波装置基本原理
2.3.1 混联装置电路模型
2.3.2 逆变单元拓扑结构
2.3.3 输出滤波器拓扑结构
2.3.4 直流稳压单元拓扑结构
2.4 混联装置参数谐振特性优化
2.4.1 注入支路参数设计
2.4.2 耦合变压器参数设计
2.5 本章小结
第3章 低频混合滤波装置控制方法研究
3.1 系统控制策略设计
3.1.1 APF受控为电压源
3.1.2 APF受控为电流源
3.1.3 多参考复合矢量控制
3.2 系统动态稳定性分析
3.2.1 根据电网谐波电流控制
3.2.2 根据所有无源支路电流控制
3.2.3 根据多参考复合矢量控制
3.3 控制参量'K'优化
3.3.1 串联滞后校正
3.3.2 串联滞后-超前校正
3.4 指定次分频无静差控制实现方式分析
3.4.1 传统PI控制
3.4.2 广义积分迭代控制
3.4.3 分频无静差控制
3.5 直流侧电压控制方案分析
3.5.1 交直流PI控制稳压
3.5.2 直流充电机四线制控制方法
3.6 本章小结
第4章 低次谐波快速检测算法研究
4.1 EAST磁体电源低次谐波测量评估
4.1.1 变流器低次谐波归集
4.1.2 基于多谱线插值的DFT谐波分析法
4.2 基于坐标变换的谐波检测算法
4.2.1 坐标变换的相关概念
4.2.2 瞬时无功理论相关概念
4.2.3 瞬时无功检测的局限
4.3 综合型谐波检测算法
4.3.1 改进型PR带阻环节
4.3.2 改进型数字带通滤波环节
4.4 本章小结
第5章 混合滤波装置实验平台研制与试验
5.1 谐波源设计输入
5.1.1 谐波电流发射能力
5.1.2 非平稳信号构造
5.2 实验平台电网条件
5.3 平台试验装置
5.3.1 无源滤波单元
5.3.2 有源滤波单元
5.3.3 直流充电单元
5.3.4 数字控制单元
5.4 平台测试试验
5.4.1 谐波源试验测试
5.4.2 装置谐振抑制能力测试
5.4.3 装置谐波抑制能力测试
5.4.4 装置动态响应性能测试
5.5 混合滤波方案在EAST电源系统的应用仿真
5.6 本章小结
第6章 全文总结和展望
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国“人造太阳”装置创造世界新纪录 [J]. 起重运输机械. 2017(08)
[2]耀起东方——记世界上首个全超导托卡马克(EAST)东方超环装置 [J]. 涂兴佩. 中国科技奖励. 2017(08)
[3]广义余弦窗函数在心音信号滤波中的应用 [J]. 吴玉春. 兰州石化职业技术学院学报. 2017(01)
[4]基于四谱线插值FFT的谐波分析快速算法 [J]. 张俊敏,刘开培,汪立,陈文娟. 电力系统保护与控制. 2017(01)
[5]数字信号处理中的加窗问题探究 [J]. 朱帅. 电子测试. 2016(14)
[6]一种改进FFT多谱线插值谐波分析方法 [J]. 康维,李宁,张建文,王新刚,王璐. 电测与仪表. 2016(10)
[7]用户光伏发电电能质量检测与分析 [J]. 唐瑞,李晓辉,曹英丽,马艺铭. 电网与清洁能源. 2016(05)
[8]三相不平衡负荷群等效线阻抗的算法与应用 [J]. 朱明星,孙贺,管慎龙,胡茂亮,焦亚东. 大功率变流技术. 2015(04)
[9]浅析ITER变流器电源控制器项目管理 [J]. 韦敏,黄素贞,郑婧,张丽君. 项目管理技术. 2014(10)
[10]基于Hanning窗插值FFT的频率计权频谱分析方法 [J]. 凌菁. 中国仪器仪表. 2014(09)
博士论文
[1]并联型有源电力滤波器谐波抑制性能优化技术研究[D]. 刘聪.华中科技大学. 2014
[2]基于功率量的电力变压器保护新原理及高速算法研究[D]. 古斌.广西大学. 2014
[3]配电变压器一体化静止无功补偿器（DT-STATCOM）关键技术研究[D]. 熊卿.华中科技大学. 2011
[4]基于分频控制的并联型APF关键技术研究[D]. 张树全.华中科技大学. 2011
[5]综合型电能质量调节装置的理论与技术研究[D]. 盘宏斌.湖南大学. 2009
[6]新型谐振阻抗型混合有源滤波器PITHAF研究[D]. 涂春鸣.中南大学. 2003
硕士论文
[1]基于瞬时无功功率理论的有源电力滤波器谐波和无功检测的研究[D]. 袁洪德.天津理工大学. 2015
[2]测地声模与漂移波湍流相互作用的数值研究[D]. 邱佳辉.浙江大学. 2014
[3]数字式互感器校验仪软件系统的设计[D]. 王贺琦.大连理工大学. 2013
[4]级联型高压变频器空间矢量调制方法的研究与实现[D]. 王帆.湖南大学. 2013
[5]磁力轴承用数字功率放大器的研究[D]. 张赓.武汉理工大学. 2013
[6]基于不对称级联逆变器的高压SVG的研究[D]. 朱峰.合肥工业大学. 2012
[7]并联混合型有源滤波器的研究[D]. 李俊勤.兰州理工大学. 2011
[8]复合电流质量补偿装置的仿真及实验研究[D]. 刘乔.华北电力大学（北京）. 2011
[9]新型串联混合型有源滤波器仿真研究及其相关问题分析[D]. 陈高.华中科技大学. 2011
[10]基于DSP的静止无功发生器控制系统的研究[D]. 赵会亮.华北电力大学. 2011
本文编号：3530046
【文章来源】： 中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：142 页
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 聚变领域低次谐波问题
1.1.2 聚变领域低频抑制现状
1.2 低频混合滤波的必要性及意义
1.3 混合有源滤波器的发展现状
1.4 课题研究的难点和特殊性
1.5 本文的主要研究内容
第2章 低频混合滤波装置结构与原理研究
2.1 系统低频谐波发射传导特性
2.1.1 EAST电网结构
2.1.2 EAST电源二次谐波发射典型现象
2.1.3 EAST电源二次谐波传导机理
2.1.4 ITER谐振频率与谐波电流系数预测
2.2 有源滤波装置拓扑结构
2.2.1 APF单独使用拓扑
2.2.2 APF混联型拓扑
2.3 低频混合滤波装置基本原理
2.3.1 混联装置电路模型
2.3.2 逆变单元拓扑结构
2.3.3 输出滤波器拓扑结构
2.3.4 直流稳压单元拓扑结构
2.4 混联装置参数谐振特性优化
2.4.1 注入支路参数设计
2.4.2 耦合变压器参数设计
2.5 本章小结
第3章 低频混合滤波装置控制方法研究
3.1 系统控制策略设计
3.1.1 APF受控为电压源
3.1.2 APF受控为电流源
3.1.3 多参考复合矢量控制
3.2 系统动态稳定性分析
3.2.1 根据电网谐波电流控制
3.2.2 根据所有无源支路电流控制
3.2.3 根据多参考复合矢量控制
3.3 控制参量'K'优化
3.3.1 串联滞后校正
3.3.2 串联滞后-超前校正
3.4 指定次分频无静差控制实现方式分析
3.4.1 传统PI控制
3.4.2 广义积分迭代控制
3.4.3 分频无静差控制
3.5 直流侧电压控制方案分析
3.5.1 交直流PI控制稳压
3.5.2 直流充电机四线制控制方法
3.6 本章小结
第4章 低次谐波快速检测算法研究
4.1 EAST磁体电源低次谐波测量评估
4.1.1 变流器低次谐波归集
4.1.2 基于多谱线插值的DFT谐波分析法
4.2 基于坐标变换的谐波检测算法
4.2.1 坐标变换的相关概念
4.2.2 瞬时无功理论相关概念
4.2.3 瞬时无功检测的局限
4.3 综合型谐波检测算法
4.3.1 改进型PR带阻环节
4.3.2 改进型数字带通滤波环节
4.4 本章小结
第5章 混合滤波装置实验平台研制与试验
5.1 谐波源设计输入
5.1.1 谐波电流发射能力
5.1.2 非平稳信号构造
5.2 实验平台电网条件
5.3 平台试验装置
5.3.1 无源滤波单元
5.3.2 有源滤波单元
5.3.3 直流充电单元
5.3.4 数字控制单元
5.4 平台测试试验
5.4.1 谐波源试验测试
5.4.2 装置谐振抑制能力测试
5.4.3 装置谐波抑制能力测试
5.4.4 装置动态响应性能测试
5.5 混合滤波方案在EAST电源系统的应用仿真
5.6 本章小结
第6章 全文总结和展望
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国“人造太阳”装置创造世界新纪录 [J]. 起重运输机械. 2017(08)
[2]耀起东方——记世界上首个全超导托卡马克(EAST)东方超环装置 [J]. 涂兴佩. 中国科技奖励. 2017(08)
[3]广义余弦窗函数在心音信号滤波中的应用 [J]. 吴玉春. 兰州石化职业技术学院学报. 2017(01)
[4]基于四谱线插值FFT的谐波分析快速算法 [J]. 张俊敏,刘开培,汪立,陈文娟. 电力系统保护与控制. 2017(01)
[5]数字信号处理中的加窗问题探究 [J]. 朱帅. 电子测试. 2016(14)
[6]一种改进FFT多谱线插值谐波分析方法 [J]. 康维,李宁,张建文,王新刚,王璐. 电测与仪表. 2016(10)
[7]用户光伏发电电能质量检测与分析 [J]. 唐瑞,李晓辉,曹英丽,马艺铭. 电网与清洁能源. 2016(05)
[8]三相不平衡负荷群等效线阻抗的算法与应用 [J]. 朱明星,孙贺,管慎龙,胡茂亮,焦亚东. 大功率变流技术. 2015(04)
[9]浅析ITER变流器电源控制器项目管理 [J]. 韦敏,黄素贞,郑婧,张丽君. 项目管理技术. 2014(10)
[10]基于Hanning窗插值FFT的频率计权频谱分析方法 [J]. 凌菁. 中国仪器仪表. 2014(09)
博士论文
[1]并联型有源电力滤波器谐波抑制性能优化技术研究[D]. 刘聪.华中科技大学. 2014
[2]基于功率量的电力变压器保护新原理及高速算法研究[D]. 古斌.广西大学. 2014
[3]配电变压器一体化静止无功补偿器（DT-STATCOM）关键技术研究[D]. 熊卿.华中科技大学. 2011
[4]基于分频控制的并联型APF关键技术研究[D]. 张树全.华中科技大学. 2011
[5]综合型电能质量调节装置的理论与技术研究[D]. 盘宏斌.湖南大学. 2009
[6]新型谐振阻抗型混合有源滤波器PITHAF研究[D]. 涂春鸣.中南大学. 2003
硕士论文
[1]基于瞬时无功功率理论的有源电力滤波器谐波和无功检测的研究[D]. 袁洪德.天津理工大学. 2015
[2]测地声模与漂移波湍流相互作用的数值研究[D]. 邱佳辉.浙江大学. 2014
[3]数字式互感器校验仪软件系统的设计[D]. 王贺琦.大连理工大学. 2013
[4]级联型高压变频器空间矢量调制方法的研究与实现[D]. 王帆.湖南大学. 2013
[5]磁力轴承用数字功率放大器的研究[D]. 张赓.武汉理工大学. 2013
[6]基于不对称级联逆变器的高压SVG的研究[D]. 朱峰.合肥工业大学. 2012
[7]并联混合型有源滤波器的研究[D]. 李俊勤.兰州理工大学. 2011
[8]复合电流质量补偿装置的仿真及实验研究[D]. 刘乔.华北电力大学（北京）. 2011
[9]新型串联混合型有源滤波器仿真研究及其相关问题分析[D]. 陈高.华中科技大学. 2011
[10]基于DSP的静止无功发生器控制系统的研究[D]. 赵会亮.华北电力大学. 2011
本文编号：3530046
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