（计算机应用技术专业论文）active+power+filter.pdf

原创性声明 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了沦文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的洗明。 作者签名r 期：鲨年三月旦日 ， 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文； 学校可根据目家或湖南省有关部r j 规定送交学位论文。 作者签名：口期：丝年上月旦日 杖。彤 d i d a c t i cx w t e mo f c o m p e n s a t i o no f h a r m o n i c sa n d r e a c t i v ep o w e r ( b y r a f t y o u s s e d m a s t e i p e g r e e j h e s i s l i k ea n yg e n e r a t o ro fe l e c t d cp o w e r ，an e t w o r ko fp o w e r p r o v i d e se n e r g yt o t h ea p p a r a t u s e su s e r sb yt h ei n t e r m e d i a r yo ft h et e n s i o n sw h i c hi tm a i n t a i n so n t h e i rt e r m i n a l s i t a p p e a r so b v i o u st h a tt h eq u a l i t yo ft h i se n e r g yd e p e n d so nt h a to ft h e l e n s i o na tt h e p o i n t o fd e l i v e r y t h i st e n s i o ng e n e r a l l yu n d e r g o e sm a n y d i s t u r b a n c e so ft w od i s t i n c to d g i n s ： d i s t u r b a n c e so ft e n s i o nc a u s e db yt h ep a s s a g e i nt h ee l e c t d c a ls u p p l y n e t w o r k s 。o ft h ei n t e r f e r e n c ec u r r e n t sl i k et h eh a r m o n i c u n b a l a n t e da n dr e a c t i v e c u r r e n t s 一d i s t u r b a n c e so ft e n s i o nc a u s e db yd i s t u r b i n gt e n s i o n si i k et h eh a r m o n i ca n d u n b a l a n c e dt e n s i o n sa n dt h eh o l l o w so ft e n s i o n i na ne l e c t d c a ln e t w o r k u n b a l a n c e da n dh a r m o n i cc u r r e n t sg e n e r a t e db y n o n l i n e a ra n du n b a l a n c e di o a d sc a nc a u s eh a r m o n i c sa n du n b a l a n c e dv o l t a g e t h e s ev o l t a g ep e r t u r b a t i o n sa l o n gw i t hv o i t a g es a gc a ns t r o n g l yd e g r a d e c u s t o m e rp o w e r q u a l i t y n o w a d a y s ，t h ea c t i v ef i l t e r ss u c ha ss h u n t ，s e r i e sa n dc o m b i n e ds h u n t s e d e sa r es t u d i e da saf i e x i b l es o l u t i o nt oc o m p e n s a t ea l ic u r r e n ta n dv o l t a g e p e r t u r b a t i o n s t h i sp a p e rp r e s e n t sd e s i g n i n gt h ea c t i v ep o w e rf i l t e r t h i sp a r a l l e lt y p ea c t i v e p o w e rf i l t e r i su s e dt oi m p r o v ep o w e rf a c t o ro fn o n 1 i n e a ri o a dt ob en e e d y1 t h e p d n c i p l ei st h a tt h ea c t i v ep o w e rf i l t e rw o u l ds u p p o r tr e a c t i v ep o w e ra n dh a r m o n i c s p o w e rt h a ti c a dc o n s u m e s 。t h e nt h ep o w e rs u p p l yw o u l dd e l i v e ro n l ya v e r a g ep o w e r t h ef i l t e rc o n s i s t so fac a p a c i t o r , a ni n d u c t o ra n df o u rp o w e rs w i t c h e s 。t h e c a p a c i t o ri sas o u r c ew h e r ee n e r g yi ss t o r e di nf o rb a l a n c i n gp o w e r t h ei n d u c t o ri s u s e dt od e c r e a s er a t eo fc u r r e n tc h a n g e a n dt h ep o w e rs w i t c h e sa r eu s e dt oc o n t r o i t h ed i r e c t i o no fp o w e rf l o w t h ep o w e rs w i t c h e sj sa b l et oc o n t r o it h ed i r e c t i o no fp o w e r f l o wa si o n ga st h ec a p a c i t o rv o l t a g ei sk e p th i g h e rt h a nt h es y s t e mv o l t a g e a n d b e s i d e ss w i t c h i n gc o u l dc o n t r o it h es y s t e mc u r r e n tt ob es i n ew a v et h a ti si n - p h a s et o s y s t e mv o l t a g e t h ec o m m a n dt h a ti su s e dt od e f i n et h ea m p l i t u d eo ft h er e f e r e n c e c u r r e n t ，i sg e n e r a t e db yc o m p a r i n gt h ec a p a c i t o rv o l t a g ew i t ht h er e f e r e n c ev o l t a g e 。t h i s i sd o n et ok e e pt h ec a p a c i t o rv o l t a g ec o n s t a n t w i t h i nt h ef r a m e w o r ko fr e p o r to ft h e s i sf o rt h eo b t a i n m e n to fm a s t e r d e g r e ei th a sc a r d e do u tad i d a c t i cs y s t e mo fc o m p e n s a t i o no fh a r m o n i c sa n d t e a c t i v ep o w e r t h ep r o t o t y p ew a se l a b o r a t e dj na u t o m a t i cd e p t c o n t r o i e n g i n e e r i n gi a b o r a t o d e s ( i nc e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t y ) w t ht h et e c h n i c a ia s s i s t a n c ef r o mm e m b e r so ft h el a b o r a t o r ya n du n d e rt h e d i r e c t i o no fp r o f e s s o r a nl u o ”t h ea d o p t e ds o l u t i o n sm a k ei tp o s s i b l et oa s w e l lc o n s i d e rt h eu s eo ft h i sd i d a c t i cs y s t e mi ne l e c t r i ce n g i n e e r i n g ( w i t h i nt h e f r a m e w o r ko ft h et e s t so fs y s t e m s ) a si nt pd fp h y s i c sa p p l i e d d i d a c t i cs f s t e mo c o m p e n s a t i o no h a r m o n i c sa n d r e a c t i v ep o w e r 垡e 星g 巨垃墅幽 m a s t e t j e g r e e t h e s i s t h ea c t i v ec o m p e n s a t o rw a sb u l l la r o u n da ni n v e r t e r ”d i d a c t i c 。w h o s e c h a r a c t e r i s t i c s ( c u r r e n t - t e n s i o n ) o ft h i sp r o d u c tm a k ei tp o s s i b l et ou s ei o a d s s u p p l i e dw t hn e t w o r kl ti n d u s t r i a l i s t4 0 0v o fs i g n i f i c a n tp o w e ro ft h ef i e l do f e l e c t r i c a ie n g i n e e r i n g ( 1 i m i t e dt o3k wf o rl e s t sl a b o r a t o m t om e e tat e a c h i n ga i m ，w ec h o s et oc a 丌yo u t t h ec h a r t so fo r d e ri n t o a n a l o g i c a l s os t u d e n t se l e c t r ot e c h n o l o g i s t se a s i l yc a na n a l y z e rt h es t m c t u r eo f t h ei o o p so fc o n t r o la n dt oc h e c kt h es i g n a l sw i t ha no s c i l l o s c o p e t h eo r d e r a l l o w so p e r a l i o ni nc o m p e n s a t i o no ft e a c t i v ep o w e ro rh a r m o n i c sb u ta l s oi n r e c t i f i c a t i o np w m s i n u s o i d a a b s o r p t i o n t h ec o m p e n s a t o rc a nb ea s s o c i a t e d a n yb a l a n c e dt h r e e - p h a s e l o a d n o n l i n e a n i np r e s e n tt h e s i sc o m p r i s e s ： 1 t h es t u d yo ft h ec o m p e n s a t i o na c t i v a t e sb yi n v e r c e rp w m ： 2 t h ed i m e n s i o n i n go fe l e m e n t so fp o w e ra n dt h ec o n t r o i1 0 0 p s ： 3 t h es t u d yf u n c t i o n a ia n ds t r u c t u r a lo ft h ec h e c k i n gc i r c u i t s k e y w o r d s ：d i d a c t i c 。a n a l o g i c a l ，a c t i v ep o w e rf i l t e r , h a r m o n i c s c o m p e n s a t i o n ， c o n t r o l l i n gs y s t e m s 2 d i d a c t i cs f s t e mo f c o m p e n s a t i o no f h a r m o n i c sa n dr e a c t i v ep o w e r 6 鞋丝歪墅婴鲤 摘要 像任何电力发电机一样电力网络通过他们终端杌上孵电压调节器给仪器使用 者提供能量。 很明显，电能质量取决于在发送点上的电压。运一个电压通常要承受许多干扰， 这些干扰主要来自于二个截然不同的来源： 由通道所引起的电压干扰，在供电网络中，干扰电流如谐波，不平衡和无功电流。 由谐波和不平衡电压以及电压突降等引起的干扰电压。 电网中，由非线性和不平衡负载引起的不平衡和谐波电流将造成谐波和不平衡电 压。这些电压扰动和电压降将严重影响用户端的电能质量。 如今，有源滤波器，如并联、串联和串并联组合有源滤波器，被广泛研究，以保 持电压和电流的平衡。 本文主要设计了有源滤波器。采用并联型有源滤波器使非线性负载的电网功率因 数接近1 。有源滤波器补偿负载清耗的无功和谐波，使电弼仅传输有功功率。 滤波器由一个电容、一个电感和四个电能开关组成。电容为平衡能量的能量储存 元件。电感是减少电流变化的续流元件。电能开关是控制能流方向盼元件。只要电 容电压比系统电压高，更| j 电能开关就船控制能流方向。开关除了艟控制系统电流为 无谐波的正弦波，还能使系统的电流与电压同相。通过比较电容电压和参考电压， 生成参考电压幅值定义的命令，使电容电压保持恒定。 在硕士学位毕业论文报告的提纲中，提出了个谐波学和无功功率的补偿教导的 系统。自动化所控制工程实验室已经做出了原型( 在中南大学l 在实验室的技术助理和罗安教授的指导下采用的方法使教导系统在电子工程学 ( 在系统的测试结构里蕊】中的使用同在物理学的t p 中的应用一样成为可能。 有源补偿器基于一个t 教学的- 逆变器，产品的特性( 电流一电压) 使电子工程的视在 功率使用负荷成为可能测试装置限截在3 千瓦) ，绘嗵络l t 企业供应4 0 0v 的电 压。 为了迭到教学目的，找们选择采用鼷序图表进行类推。因此使学生容易地分析出 控制回路的结构并用示波器检测出信号。正常工作状态允许运行在无功功率或谐波 的整流p w m 中，也允许运行在整流f w m 中，吸收正弦波。 补偿器可能连接任何平衡三相非线性负荷。在这篇论文中包含： i ：1 v l v l 逆交器补偿控制的研究： 功率元件和控制回路的参数确定： 检测电路功能和结构的研究。 关键字：教学的，模拟，有源滤波器，谐波，补偿，控制系统。 3 d i d a c t i cs z s t e mo f c o m p e n s a t i o no r h a r m o n i c sa n dr e a c t i v ep o w e r ( b y r a f t y o u s s e t ) m a s t e t p e g r e e j h e s i s c h a p t e r1 i n t r o d u c t j o n 1 1p r o b l e m a t j c t h ei n c r e a s i n gu s ei ni n d u s t r yo fs y s t e m so r d e r e db a s e do ne l e c t r o n i c so f p o w e ri n v o l v e sm o r e a n dm o r ep r o b l e m so fd i s t u r b a n c eo nt h ei e v e io ft h e e l e c t r i c a ls u p p l yn e t w o r k s t h u s ，o b s e r v e dar e g u l a ri n c r e a s e o nb e h a l fo ft h eu s e r s a n di m b a l a n c e h a r m o n i cr a t eo ft h ec u r r e n t s ，i i k ew i t has i g n i f i c a n tc o n s u m p t i o no ft h et e a c t i v e p o w e r t h ec i r c u l a t i o no ft h e s es a m ed i s t u r b e dc u r r e n t s a l s ow i l ic a u s e h a r m o n i c sa n di m b a l a n c e so ft e n s i o n w h i c hw i l ib es u p e r i m p o s e do nt h e n o m i n a lv o l t a g eo ft h ee l e c t r i c e ls u p p l yn e t w o r k m o r e o v e r ，i n c i d e n t so fl h et y p e t h u n d e r b o l t so ra na b r u p ts t a r t i n go fa h i g hp o w e r - r e v o l v i n gm a c h i n ec a nc a u s eas u d d e na n ds i g n i f i c a n tf a ho fl e n s i o n t h i st y p eo fi n c i d e n tw i l lb en a m e d ：h o l l o wo ft e n s i o n t h e s ed i s t u r b a n c e so f c o u r s eh a v eh a r m f u ic o n s e q u e n c e so nt h ee l e c t t i cc o m p o n e n t s w h i c hc a na 0 f 巾mas t r o n gh e a t i n go ras u d d e ns t o p p i n go fi h er e v o l v i n gm a c h i n e su n t i it h e t o t a ld e s t r u c t i o no ft h i se q u i p m e n t s e v e r a ls o l u t i o n st oa v o i do rt om i n i m i z et h ee l e c t r i c a ls u p p l yn e t w o r k s p r o b l e m sw e r ea l r e a d yp r o p o s e di nf i t e r a t u r e t h o s e ，w h i c ha n s w e r sb e s ti h ei n d u s t r i a lc o n s t r a i n t so ft o d a y a r et h ea c t i v e c o m p e n s a t o r sp a r a l l e l ，a c t i v es e r i e sa n dc o m b i n a t i o np a r a l l e l s e r i e s ( a l s oc a l l e d u p q cf u n i f i e dp o w e rq u a l i t yc o n d i t i o n e r s ) t h ep a r a l l e la c t i v ec o m p e n s a t o rc a nb eu s e dt oc o m p e n s a t ef o rt h eh a r m o n i c a n du n b a l a n c e dc u r r e n t sj u s ta st h er e a c t i v ep o w e r t h ec o m p e n s a t o rs e d e sc a n c o m p e n s a t ef o ra tt h es a m et i m et h eh a r m o n i ca n du n b a l a n c e dl e n s i o n s a n dt h e h o l l o w so ft e n s i o n t h eu p q cc o r r e s p o n d st o au n i v e r s a is o l u t i o no f c o m p e n s a t i o nf o ru s s e v e r a lo r a l it h et y p e so fd i s t u r b a n c eo fc u r r e n ta n d t e n s i o nw h i c ho b s e r v e do nt h en e t w o r k 2c a r a t e r i s t i q u e so ft h ee l e c t r i cd i s t u r b a n c e s e x c e p te x c e p t i o n t h et e n s i o n so fa ne l e c t r i c a ls u p p l yn e t w o r kc o n s t i t u t ea t h r e e - p h a s ea l t e r n a t i v es y s t e m ，w h o s eb a s ef r e q u e n c yi s5 0h zo r6 0h z t h e p a r a m e t e r sc h a r a c t e r i s t i co fs u c has y s t e ma r ea sf o l l o w s ： a t h ef r e q u e n c y b t h ea m p l i t u d eo ft h et h r e et e n s i o n s ， d i d a c t i cs f s t e mo f c o m p e n s a t i o no f h a r m o n i c sa n dr e a c t i v ep o w e r ( b er a f ty o u s s e d m a s t e r _ _ d e g r e e _ t h e s i s c t h ef o r mo fw a v ew h i c hm u s tb en e a r e s tp o s s i b l et oas i n u s e i d d t h es y m m e t r yo ft h et h r e e - p h a s es y s t e m ，c h a r a c t e r i z e db yt h ee q u a l i t y o ft h em o d u l e so ft h et h r e et e n s i o n sa n dt h e i rr e l a t i v ed e p h a s i n g t h eq u a l i t yo ft h et e n s i o nc a nb ea f f e c t e d ，e i t h e rb e c a u s eo fc e r t a i n i n c i d e n t si n h e r e n ti np h y s i c a ln a t u r ea n ds u b j e c t i o n sr e l a t e dt ot h ee x p l o i t a t i o no f t h en e t w o r k o rb e c a u s eo fc e r t a i nr e c e i v e r s t h e s ed e f e c t sa p p e a rl nt h ef o r mo f v a r i o u sd i s t u r b a n c e sa f f e c t i n go n eo rm o r eo ft h ef o u rp a r a m e t e r sp r e v i o u s l y d e f i n i t e t h e r ea r et h u sf o u rp o s s i b i l i t i e sd i s t i n c tf r o md i s t u r b a n c e s ： - f l u c t u a t i o n so ft h ef r e q u e n c yw i t h5 0h z ： t h e ya r er a r ea n da r eo b s e r v e do n l ya tt h et i m eo fe x c e p t i o n a lc i r c u m s t a n c e s f o re x a m p l ec e r t a i ns e r i o u sd e f e c t so ft h en e t w o r k ，o nt h el e v e lo ft h ep r o d u c t i o n o rt r a n s p o r t - v a r i a t i o n so ft h ea m p l i t u d e ： i ti sn o taq u e s t i o no ft h es l o wv a r i a t i o n so ft e n s i o nw h i c ha r ec o r r e c t e db y t h et r a n s f o r m e r so fa d j u s t m e n ti nl o a d b u to ff a s tv a r i a t i o n so ft e n s i o no rh o l l o w o ft e n s i o nb e i n go f t e np r e s e n t e di nt h ef o r mo fa b r u p tj o l t s t h eh o l l o w so f t e n s i o nc a ne i t h e rb ei n s u l a t e d ，o rm o r eo rl e s sr e p e t i t i v e o fr e g u l a rf o r mo rn o t ； - f o r m a la m e n d m e n to fw a v eo ft h et e n s i o n ： t h i sw a v ei sn e tt h e ns i n u s o i d a la n ym o r e ，a n dc a nb er e g a r d e da s r e p r e s e n t a b l eb yaf u n d a m e n t a lw a v ew i t h 5 0h z a s s o c i a t e de i t h e rh a r m o n i c s o ff r e q u e n c ym u l t i p l ee n t i r e t yo f 5 0h z ，o re v e ns o m e t i m e sw i t hw a v e so f u n s p e c i f i e df r e q u e n c y ： - t h ea s y m m e t r yo ft h et h r e e - p h a s es y s t e m t h i sc a l l si m b a l a n c e i tc a n ，m o r e o v e r ，t om e n t i o nap a r t i c u l a rt y p eo f d i s t u r b a n c e sd i f f i c u l tt oc l a s s i f ys i n c el tr e l a t e st oa l ia tt h es a m et i m et h e a m p l i t u d ea n di h ef o m lo fw a v e ：t h e ya r ei h et r a n s i t o r yv a r i a t i o n so fa m p l i t u d e s o fw h i c ht h ed u r a t i o ni si o w e rt h a n10m s 1 no r d e rt oa n a l y z ew e l ip o l l u t i o no fl h ee l e c t r i c a ls u p p l yn e t w o r k si nl o w t e n s i o na n d c o n s e q u e n t l y 1 0f i n dt h eb e s tm e t h o d st os o l v ep r o b l e m s w i d i s t i n g u i s ht w ot y p e so fd i s t u r b a n c e s ，n a m e l yt h ed i s t u r b a n c e so fc u r r e n ta n d t h o s eo ft e n s i o n t h ei n t e r f e r e n c ec u r r e n t si i k et h eh a r m o n i cc u r r e n t s 。t h eu n b a l a n c e dc u r r e n t s a n dt h ep o w e rr e a c t i v a t ea r em a i n l ye m i t t e db yn o n l i n e a rl o a d s ，b a s e do n e l e c t r o n i c so fp o w e r a n d o ra r eu n b a l a n c e d t h er e a c t i v ep o w e rc a nb ea l s o c o n s u m e db yj n d u c t i v ei i n e a ri o a d si i k et h ea s y n c h r o n o u sm o t o r sw h i c ha r e l a r g e l yp r e s e n ti nt h ef a c t o r i e ss i t e 2 m a s t e r _ _ d e g r e et h e s i s t h ed i s t u r b a n c e so ft e n s i o nl i k et h eh o l l o w s j m b a l a n c e sa n dt h eh a r m o n i c so f t e n s i o ng e n e r a l l yf i n dt h e i ro r i g i n si nt h ee l e c t r i c a is u p p l yn e t w o r ki t s e l fb u t s o m e t i m e sa l s oi nt h el o a d s t h e s et y p e so fd i s t u r b a n c eh a v ev e r yh a r m f u l e f f e c t so nt h ee l e c t r i cc o m p o n e n t s t h e s ee f f e c t sc a ng of r o mt h eh e a t i n go rt h e s t o p p i n go ft h er e v o l v i n gm a c h i n e su n t i lt h et o t a ld e s t r u c t i o no ft h i se q u i p m e n t 1 2 1h a r m o n i cd i s t u r b a n c e si nc u r r e n ta n di nt e n s i o n t 2 1 1o r i g i no ft h eh a r m o n i c s t h ep r o l i f e r a t i o no ft h ee l e c t r i cc o m p o n e n t su s i n go ft h es t a t i ci n v e r t e r s i n v o l v e dt h e s ei a s ty e a r sa na p p r e c i a b l ef n c r e a s ei nt h eh a r m o n i cf e v e io f p o l l u t i o no ft h ee l e c t r i c a is u p p l yn e t w o r k s t h e s ee l e c t r i cc o m p o n e n t sa r e r e g a r d e da sn o n l i n e a ri c a d se m i t t i n go ft h eh a r m o n i cc u r r e n t sw h o s ef r e q u e n c i e s a r em u l t i p l ee n t i r e t i e so ft h ef u n d a m e n t a if r e q u e n c y 。o rs o m e t i m e sa tu n s p e c i f i e d f r e q u e n c i e s t h ep a s s a g eo ft h e s eh a r m o n i cc u r r e n t si nt h ej m p e d a n c e so ft h e e l e c t r i c a l s u p p l y n e t w o r kc a nj n v o l v eh a r m o n i ct e n s i o n sa tt h e p o i n t so f c o n n e c t i o na n dt h e np o l l u t et h ec o n s u m e r ss u p p l i e dw i t ht h es a m ee l e c t r i c a i s u p p l yn e t w o r k t h ev a d o u si n d u s t r i a is e c t o r sc o n c e r n e da r ea sw e l jo ft h es e c o n d a r yt y p e ( u s eo ft h eg r a d u a t o r s t h er e c t i f i e r s t h ev a r i a b l es p e e dt r a n s m i s s i o n s ) a s t e r t i a r yt y p e ( d a t a p r o c e s s i n go rl i g h t i n gi nt h eo f f i c e s ，t r a d e ) o rd o m e s t i c ( t e l e v i s i o ns e t s a p p a r a t u s e se l e c t d ch o u s e h o l da p p l i a n c e si ng r e a tn u m b e r ) 1 。2 1 2c o n s e q u e n c e so ft h eh a r m o n i c s m a n ye f f e c t so ft h eh a r m o n i c so nt h ei n s t a l l a t i o n sa n dt h ee l e c t r i cc o m p o n e n t s c a nb eq u o t e d t h em o s ts i g n i f i c a n te f f e c t sa r et h eh e a t i n g t h ei n t e r f e r e n c ew i t h t h et e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k s ，a n dt h em a l f u n c t i o n so fc e r t a i ne l e c t r i c c o m p o n e n t sa n dt h er i s ko fe x c i t a t i o no fr e s o n a n c e ： t h e h e a t i n g ： t h et o t a ll o s s e sb yj o u l ee f f e c ta t et h es u mo ft h o s eo ff u n d a m e n t a la n dt h e h a r m o n i c s ： 1 2 r = 露r ( 1 1 ) w i t h 。i ”t h et o t a lc u r r e n t ”i h “t h eh a r m o n i cc u r r e n to fr o whw h i c hr e p r e s e n t s t h ef u n d a m e n t a lf o rh = 1 a n drt h er e s i s t a n c ec r o s s e db yc u r r e n t i 3 d i d a c t i cs v s t e mo f c o m p e n s a t i o no f h a r m o n i c sa n dr e a c t i v ep o w e r ( b vr a f ty o u