开题报告-并联型电力有源滤波器设计

开题报告

电气工程及自动化

并联型电力有源滤波器设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

随着电力电子技术的迅速发展，越来越多的电力电子装置在配电系统中得到了广泛的应用。这些电力电子设备的效率日趋提高，并以其灵活可控的特性逐渐成为功率变换和调节的一个不可或缺的重要环节。但是由于电力电子装置所引发的电能的谐波问题，给我们现在的电网公司分配电，带来比较大的影响。虽然后来采用了无源滤波器进行谐波抑制，但是其功能并不完美，无法达到想要的滤波效果，很容易与电网的阻抗发生谐振，并有谐波电流。谐波电流会使电能在变压器，输电线上产生很大的功能损耗，浪费电能，特别是3或者是3的倍数的谐波电流，在中线上叠加，不仅会导致损耗加重，并且中线过热，会招致火灾。严重情况还会导致系统供电安全的严重事故。所以在现今，我们开始逐渐采用并联有源电力滤波器。在国外这种有源滤波器已达到了较为广泛的应用。但是国内应用并不广泛，所以对这方面的深入研究，有利于有源滤波器的广泛应用。本设计主要针对三相三线制的设计，其余如单相或者三相四线制系统，主要是主电路，和指令运算电路作适当的改变即可。

有源电力滤波器根据负载接入电网方式的不同分为串联有源电力滤波器、并联有源电力滤波器和混合有源电力滤波器。

有源电力滤波器的主要作用：

1、通过抑制谐波，净化电网，节约综合用电相关费用8％-20％，使用该设备能快速有效收回投资成本；

2、节约电力变压器、电缆扩容费用，提高电力变压器使用寿命；

3、滤除谐波，保障供电安全，避免用电事故（如电气火灾，或者因用电故障停产）；

4、滤除谐波，延长电子设备及元器件寿命，如无功补偿电容器；

5、提高功率因数，功率因数可达到0.95-1（满足电力对企业用电的要求，避免高额处罚，甚至停止供电）。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

本课题设计一个对三相全控桥整流电路（带阻感负载R=30Ω，L=300mH）进行无功和谐波补偿的单独使用的并联型电力有源滤波器。设计电力有源滤波器的主电路、控制电路（指令电流运算电路、电流跟踪控制电路）驱动电路，确定合理的控制方案以及谐波和无功电流检测方法。设计指标要求：经补偿后使电源电流的功率因数提高到0.93以上，谐波总含量在3%以内。

驱动电路

主电路

电源院

负载

电流跟踪

控制电路

谐波检测运算电路

并联有源滤波器基本有两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中前者的核心是检测出负载源产生的谐波和无功电流，所以也可为谐波检测运算电路，后者主要由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分组成。其核心作用是根据指令运算电路算出的补偿电流，来产生与其相反的大小相等的电流。结构框图如下：

现今对电路的设计主要解决问题为：

（1）

对补偿电流的跟随性能起作用的几个参数：L、Uc、Tc（电流控制周期）的设计；

（2）

开关器件的选择及其额定参数的确定；

（3）

主电路容量的计算；

（4）

按所选器件的要求设计驱动电路，并设计整个系统的保护电路。

三、研究步骤、方法及措施

（1）谐波检测运算电路的设计

谐波检测运算电路有很多种设计方法，主要有模拟滤波器，傅里叶分析和瞬时无功功率检测等。前2者设计较为困难，且实时性也不是很好。所以主要采用瞬时无功

功率检测。

（2）电流跟踪运算电路的设计

电流跟踪运算电路作用是根据补偿电流的指令信号和实际补偿电流之间的比较，得出控制补偿电流发生电路中主电路各个器件的通与断的PWM波信号，来保证补偿电流和指令信号的一致性。主要可采用瞬时比较法和三角波比较法。此设计主要采用瞬时比较法中的滞环比较器，因为它由于产生的补偿电流参考信号能够快速准确地跟踪谐波电流变化，具有很好的实时性，所以在有源滤波器中得到了广泛的应用。

（3）主电路的设计

主电路的形式采用三相PWM电压型整流电路来产生谐波和无功电流，采用单个运行方式。对整流电路的开关器件及其直流侧电容和保护电路进行选型和设计。

四、参考文献

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