三相電壓型不控整流裝置的頻域諧波模型.pdf

1、隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，社會的電氣化程度越來越高。非線性電力電子裝置在運行過程中會不斷向電力系統(tǒng)注入諧波，對用電設(shè)備的正常工作以及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行都造成了非常嚴重的影響，電力系統(tǒng)的諧波問題已得到電力部門和科研工作者的高度重視。電壓型整流裝置是電力系統(tǒng)中最主要的諧波源之一，其應(yīng)用范圍非常廣泛，例如交-直-交變頻器、電視、空調(diào)、節(jié)能燈以及電動汽車中都含有電壓型整流環(huán)節(jié)。從電能質(zhì)量的角度講，電壓型整流裝置所產(chǎn)生的諧波電流總畸變率

2、非常高，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成了很大的威脅。目前應(yīng)用最廣泛的諧波源模型是傳統(tǒng)的恒流源模型，模型原理簡單，但估計諧波的水平欠佳，無法進一步對系統(tǒng)中廣泛分布的電壓型整流裝置在各種運行工況下的諧波電流產(chǎn)生情況進行評估。電壓型不控整流裝置的諧波研究已成為本領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　本文對三相電壓型不控整流裝置的諧波模型進行了深入研究。建立了三相電壓型不控整流裝置在斷續(xù)和連續(xù)工作狀態(tài)下的諧波耦合矩陣模型，并對其諧波產(chǎn)生特性進行分析

3、。提出了基于直流側(cè)電流判斷三相電壓型不控整流裝置工作狀態(tài)的新方法，并分析了電路中影響其工作狀態(tài)的因素。驗證了利用三相電壓型不控整流等值電路來簡化交-直-交變換器諧波分析的可行性，并對等值電路的參數(shù)進行了估算。通過對比模型的編程計算結(jié)果、時域仿真結(jié)果以及實驗測量結(jié)果，證明了所提出的諧波耦合矩陣模型可準確地表征含有三相電壓型不控整流環(huán)節(jié)的交-直-交變換器所產(chǎn)生的諧波。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)結(jié)合整流裝置的工作原理，在斷續(xù)和

4、連續(xù)兩種工作狀態(tài)下分別建立三相電壓型不控整流裝置的諧波耦合矩陣模型。該模型能夠?qū)r域的非線性特征轉(zhuǎn)化為頻域的諧波耦合導納矩陣，矩陣中各元素可以直觀地體現(xiàn)出各次諧波電壓和諧波電流的耦合關(guān)系。相比于傳統(tǒng)的恒流源模型，諧波耦合矩陣模型能夠更準確地體現(xiàn)三相電壓型不控整流裝置的諧波產(chǎn)生特性。由模型中各矩陣元素的分布特點可知，基頻電壓對諧波電流的貢獻較大，諧波電壓對諧波電流的貢獻隨著階數(shù)的增加而減小，模型中相同次數(shù)的諧波電壓對諧波電流的影響要大于不

5、同次數(shù)諧波電壓對諧波電流的影響。
　　(2)提出基于直流側(cè)電流判斷三相電壓型不控整流裝置工作狀態(tài)的新方法。該方法僅依據(jù)電路參數(shù)和供電端電壓即可判斷整流裝置的工作狀態(tài)。進一步分析了電路基本參數(shù)和供電端電壓的THD對三相電壓型不控整流裝置工作狀態(tài)的影響。研究表明，直流側(cè)電阻R在很大程度上決定了三相電壓型不控整流裝置的工作狀態(tài)，其次是電感L和供電端電壓的THD，電容C對工作狀態(tài)的影響較小，因此在三相電壓型不控整流裝置的諧波分析中，可以近

6、似認為電容C是恒定值。
　　(3)利用所提出的諧波耦合矩陣模型對交-直-交變換器的諧波進行了分析，首先提出利用三相電壓型不控整流等值電路來簡化交-直-交變換器諧波分析，并給出了確定等值電路中參數(shù)的方法。等值電路中直流側(cè)電阻R的經(jīng)驗公式考慮了交-直-交變換器的負載電機啟動時會存在的轉(zhuǎn)矩震蕩以及實際運行中會出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)等特殊情況，因此能夠更好地反映交-直-交變換器的諧波變化以及負載的運行情況。三相電壓型不控整流電路能夠反映出交-直-

7、交變換器中低次諧波的產(chǎn)生情況，并在很大程度上簡化了變換器的諧波分析過程。
　　(4)在Matlab/Simulink中搭建了三相電壓型不控整流電路的仿真模型，并在實驗室搭建了相應(yīng)的硬件電路。通過對比諧波耦合矩陣模型的編程計算結(jié)果、時域仿真結(jié)果以及實驗測量結(jié)果，驗證了所提出的三相電壓型不控整流裝置工作狀態(tài)的判定方法準確有效。所建立的諧波耦合矩陣模型能夠準確反映三相電壓型不控整流裝置的諧波產(chǎn)生特性。進一步在實驗室對交-直-交變換器所產(chǎn)