非正弦交流电路谐波抑制和电工计量的研究

【摘要】： 电能作为现代社会的重要能源之一,广泛应用于工农业生产、人民生活、国防科技等各个领域。随着电力电子技术的发展,大量的非线性负载和各种整流设备被广泛的应用于各行各业,使电网谐波含量大大增加,电能质量下降。所以,抑制谐波污染、改善供电质量成为了迫切需要解决的问题。目前,随着电力电子技术的飞速发展,采用有源电力滤波器动态抑制谐波成为重要的发展方向,它能克服传统LC滤波器的缺陷。有源电力滤波器是一种新型谐波、无功补偿装置,和传统的LC滤波器相比,有源电力滤波器可以对谐波、无功以及负序电流实现实时、准确的补偿。因此,有源电力滤波器有广阔的应用前景。 本文首先研究了谐波消除和抑制的主要技术措施-有源电力滤波器的谐波电流检测方法。通过对谐波检测的几种方法进行比较分析,并进一步考察基于三相电路瞬时无功功率理论的一系列检测方法,发现其实质是把待测的三相瞬时电流、电压,经线性变换后相乘,从而使得基波电流所对应的瞬时功率为一直流量,以便分离出去。由此得出一种用于单相电路瞬时谐波及基波电流实时检测的算法。该方法不但成功地解决了单相电路的瞬时谐波及基波电流实时检测的难题,而且算法更为简单、可靠,有利于硬件实现。 本文重点研究电力系统中含有谐波情况下的电工计量,为解决功率三角形不能解决的一些问题,例如,求含有谐波电流的非正弦电路的电气参数问题:在非正弦交流电路中,因存在谐波电流而导致产生畸变功率,使电路中的视在功率﹑有功功率和无功功率不再符合直角三角形的关系,出现了视在功率的平方大于有功功率和无功功率平方和的现象。根据电工理论,提出了由视在功率、有功功率、无功功率和畸变功率构成的功率四边形,功率四边形也可看成是由基波功率三角形和谐波功率三角形组成的。由功率四边形进一步确立了非正弦交流电路中的电流四边形和导纳四边形,以及它们和功率四边形的相似关系。以现场实测数据为例,利用四边形理论计算了非正弦交流电路中的畸变功率、谐波畸变角、总谐波电流、畸变导纳和谐波导纳等参数。 为了验证本文中所采用的单相有源电力滤波系统中的瞬时谐波及基波电流检测法的有效性,本文第4章应用Matlab软件进行仿真研究。结果表明:该检测方法电路简单,所需元件少、无需固定频率的滤波器,且不需要锁相环,滤波精确度高。通过对“四边形”理论的研究,设计软件来减少手工计算的工作量,提高准确性,采用大庆采油二厂的大量数据,验证其理论的有效性。