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1、城南学院毕业设计(论文)开题报告题目：有源电力滤波器的电压空间矢量控制方法 课 题 类 别： 设计 论文学 生 姓 名：杜赞学 号：201097250215班 级：工电1002班专业（全称）：工业电气自动化指 导 教 师：李红英 2014年 4 月一、 本课题设计（研究）的目的：（1）通过本毕业设计，培养独立查阅文献资料的能力、自学能力，学习和掌握解决问题的基本方法和步骤；（2）收集相关教材、论文和标准，掌握三相有源电力滤波器的拓扑结构、基本原理、和控制系统工作原理；（3）了解常见的有源电力滤波器电流控制方法，掌握电压空间矢量控制的原理；（4）掌握三相有源电力滤波器电压空间矢量分布与合成方法，
2、利用MATLAB完成基于电压空间矢量控制方法的有源电力滤波器仿真实验； （5）通过理论分析和仿真实验研究影响电压空间矢量控制准确性和动态性能的主要因素；（6）写毕业论文，阐述三相有源电力滤波器的拓扑结构、基本原理和控制系统设计方案，说明电压空间矢量控制方法的基本组成、实现方案和仿真结果；二、 设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： 近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大
3、的影响;而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。据中国电力报道，我国仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元，冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标，因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。而有源电力滤波器(activepowerfilter-apf)由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。 目前
4、，在电力系统中抑制或减少谐波主要从两个方面进行：第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手。在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法，增加谐波抑制环节，已减少电网的谐波注入量，在谐波源本身采取一些措施能大大减小电网谐波。但由于现代电力系统的复杂性以及电力半导体装置开关工作方式，不可能完全消除电网谐波。所以，谐波治理的第二个重要方面就是研究对系统中的谐波进行有效滤波和补偿的方法和措施。 有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场港口的供电系统、医疗机构等。 为了满足大规模数据中心机房的运行需要，通信
5、配电系统中的UPS使用容量在大幅上升。据调查，通信低压配电系统主要的谐波源设备为UPS、开关电源、变频空调等。其产生的谐波含量都较高，且这些谐波源设备的位移功率因数极高。通过使用有源滤波器可以提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用寿命，并且使配电系统更符合谐波环境的设计规范。 由于生产的需要，石化行业中存在着大量泵类负载，并且不少泵类负载都配有变频器。变频器的大量应用使石化行业配电系统中的谐波含量大大增加。目前绝大部分变频器整流环节都是应用6脉冲将交流转化为直流，因此产生的谐波以5次、7次、11次为主。其主要危害表现为对电力设备的危害及在计量方面的偏差。使用有源滤波器可以
6、很好地解决这方面的问题。 为大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化质量，以及延长炉龄、节省能源，在化纤行业常用到电助熔加热设备，借助电极把电直接送入燃料加热的玻璃池窑中。这些设备会产生大量的谐波，且三相谐波的频谱和幅值差别比较大。 大多数半导体行业的3次谐波非常严重，主要是由于企业中使用了大量的单相整流设备。3次谐波属于零序谐波，具备在中性线汇集的特点，导致中性线压力过大，甚至出现打火现象，存在着极大的生产安全隐患。谐波还会造成断路器跳闸，耽误生产时间。3次谐波在变压器内形成环流，加速了变压器的老化。严重的谐波污染必然对配电系统中的设备使用效率和寿命造成影响。 由于有源滤波存在的不足和缺陷，目前国内市
7、场上主要以无源滤波为主；国际上以ABB、ABLEREX（爱普瑞斯）、诺基亚、施耐德（梅兰日兰）、西门子为代表，国内以山大华天，哈工大、西安赛博、南京亚派为代表，另外清华大学电机系研制的CleanPower系列有源电力滤波器在自适应能力，稳定性以及对各种延时的最优补偿方面有了长足的进展，成为了最先进的产品之一。随着电力电子技术的进步，有源电力滤波器以其巨大的技术优势、强大功能、逐渐下降的价格，必将最终取代传统的电容型无功补偿装置，占据市场主流。 有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主
8、要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。三、 设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：（1）有源电力滤波器有并联型，串联型及混合型等形式。并联型主要是用于电流型负载，而串联型主要用于谐波电压型负载。本课主要题利用matlab编程工具，实现并联型有源电力滤波器的滤波功能，它是通过实时检测负载的谐波电流，控制逆
9、变器向电网注入与负载谐波电流大小相等但方向相反的电流来实现的。（2）非线性负载由两个二极管整流器构成，它们分别通过三角形-三角形，三角形-星形变压器与电网连接。（3）前10个周期只有一个二极管整流器投入运行，其直流负载为可控电流源，前5个周期为2000安，其后变为3000安。从第10个周期开始，短路器闭合，第二个二极管整流器投入，注入电网的谐波特性会发生变化。（4）由检波的含有谐波的负载电流经过PLL模块得到基波电流的波形信息，同时求出负载电流的有效值，二者相乘即可得到电网三相电流的指令值，这是一个只含基波且其作用与负载电流等效的正弦电流。有源滤波器的控制目的就是使注入电网的电流等于该指令值。
10、因此有源滤波器输出电流应为该指令值与负载电流的差。（5）用MATLAB运行程序，可得负载电流，电网电流和有源滤波器的输出电流的波形，为了更清楚地分析有源滤波器的效果，往往对电流进行FFT分析。四、 设计（研究）进度计划：1-3周：毕业实习4-5周：查阅和搜集文献和资料6-7周：外文翻译，撰写开题报告8-9周：提出设计的思路和进行方案论证10-12周：进行系统硬件设计3-14周：系统软件设计15-16周：检查修改文档，调试程序，打印论文17周：毕业答辩五、 参考文献：1姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器结构原理控制M北京：科学出版社，2005；2张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制M北京：机械
11、工业出版社，2005，226-236；3王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿M第一版北京：机械工业出版社,1998；4George J. Wakileh电力系统谐波基本原理、分析方法和滤波器设计M徐政第一版北京：机械工业出版社，2003；5罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及设备M北京：中国电力出版社，2006；6陈耀军,钟炎平基于合成矢量的电压型PWM整流器电流控制研究J中国电机工程学报，2006,26(2)：143-1487周卫平,吴正国,唐劲松.SVPWM的等效算法及SVPWM与SPWM的本质联系J中国电机工程学报，2006，26(2)：133-1378张兴,张崇巍.PWM 可逆变流器空间电压矢量控制技术的研究J中国电机工程学报,2001,21(10):102-1059刘长樵，汪东云交流调速变频器PWM波形生成的几何方法J电气传动，1991，21(3):24-2710Taruna Jain, Shailendra Jain, Ganga Agnihotri. COMPARISON OF TOPOLOGIES OF HYBRID ACTIVE POWER FILTER.(ICTES 2007),Dec. 20-22, 2007. pp.503-509.指导教师意见签名： 月 日教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长）（签章）：月 日
