工廠供電系統(tǒng)三相半橋仿真和諧波分析【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p><b>　　電氣工程及其自動化</b></p><p>　　工廠供電系統(tǒng)三相半橋仿真和諧波分析</p><p><b>　　1選題的背景、意義</b></p><p>　　隨著微電子、電力電子、抗干擾等技術(shù)

2、的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)及其設(shè)備日益朝著高電壓、大容量、系統(tǒng)化和自動化的方向發(fā)展，系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，單個設(shè)備的重要性不言而喻。電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求中最重要的就是要其保證安全可靠地持續(xù)供電。而在實際的電網(wǎng)中，由于大量電力電子元件（大都是非線性的）的投入使用，使得電壓和電流已不再是固定頻率和幅值，而是含有一定的諧波波形。諧波問題嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此電力系統(tǒng)的諧波分析具有十分重要意義。</p>&

3、lt;p>　　諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生，當(dāng)前,電力系統(tǒng)的諧波源主要有三大類： 1)、鐵磁飽和型:各種鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器等,其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。 2)、電子開關(guān)型:主要為各種交直流換流裝置(整流器、逆變器)以及雙向晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等,在化工、冶金、礦山、電氣鐵道等大量工礦企業(yè)以及家用電器中廣泛使用,并正在蓬勃發(fā)展;在系統(tǒng)內(nèi)部,如直流輸電中的整流閥和逆變閥等。 3)、電弧型:各種冶煉電弧爐在熔化期間以及交流電弧焊機(jī)在焊

4、接期間,其電弧的點(diǎn)燃和劇烈變動形成的高度非線性,使電流不規(guī)則的波動。現(xiàn)在為了競爭, 對電工設(shè)備傾向于采用在臨界情況下的設(shè)計。</p><p>　　本次設(shè)計的意義是：通過對工廠常用用電設(shè)備用電的波形仿真，了解工廠用電的特點(diǎn)和主要用電設(shè)備的供電要求，找出工廠供電的常見問題和分析辦法。供電質(zhì)量分析是在仿真的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)手段對工廠供電進(jìn)行供電波形的諧波分解，進(jìn)一步了解工廠供電的特點(diǎn)。同時熟悉MATLAB軟件特別是SI

5、MPOWERSYS 工具箱的使用，達(dá)到常用供電的仿真要求；會GUI設(shè)計，達(dá)到基本用戶波形及其參數(shù)計算界面的要求。</p><p>　　2相關(guān)研究的最新成果及動態(tài) </p><p><b>　?。ㄒ唬┲C波的檢測</b></p><p>　　諧波的檢測，首先需要對含有的成分有個精確的認(rèn)識，還需要實時檢測負(fù)載電流的諧波分量。現(xiàn)有的諧波電流檢

6、測和分析方法主要基于以下幾種原理:</p><p><b>　　(1) 帶阻濾波法</b></p><p>　　這是最簡單的諧波電流檢測法，基本原理是設(shè)計一個低阻濾波器, 將基波分量濾除, 從而獲得總的諧波電流量。這種方法過于簡單且精度不高。。一般實際操作中不予采取。</p><p>　　(2) 帶通選頻法和FFT 變換法</p>

7、<p>　　帶通選頻方法采用多個窄帶濾波器, 逐次選出各次諧波分量, 基本原理如圖2 所示</p><p>　　帶通選頻測量諧波電流圖</p><p>　　利用FFT 變換來檢測電力諧波是一種以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)的測量方法, 其基本過程是對待測信號(電壓或電流) 進(jìn)行采樣, 經(jīng)A /D 轉(zhuǎn)換, 再用計算機(jī)進(jìn)行傅里葉變換, 得到各次諧波的幅值和相位系數(shù)。</p>&

8、lt;p>　　這兩種方法都可以檢測到各次諧波的含量,但以模擬濾波器為基礎(chǔ)的帶通選頻法裝置,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,元件多,測量精度受元件參數(shù)、環(huán)境溫度和濕度變化的影響大且沒有自適應(yīng)能力;后一種檢測方法其優(yōu)點(diǎn)是可同時測量多個回路,能自動定時測量。缺點(diǎn)是采樣點(diǎn)的個數(shù)限制諧波測量的最高次數(shù),具有較長的時間延遲,實時性較差。</p><p>　　(3) 瞬時空間向量法</p><p>　　此方法根據(jù)198

9、3 年日本學(xué)者赤木泰文提出的瞬時無功功率理論,即“p - q”理論。該方法解決了諧波和無功功率的瞬時檢測和不用儲能元件就能實現(xiàn)抑制諧波和無功補(bǔ)償?shù)葐栴},不過它忽略了零序分量, 且對于不對稱系統(tǒng), 瞬時無功的平均分量不等于三相的平均無功。所以, 此方法只適用于三相電壓正弦、對稱情況下的三相電路諧波和基波無功電流的檢測。</p><p>　　(4) 自適應(yīng)檢測法</p><p>　　該方法基于

10、自適應(yīng)干擾抵消原理, 將電壓作為參考輸入, 負(fù)載電流作為原始輸入, 從負(fù)載電流中消去與電壓波形相同的有功分量, 得到需要補(bǔ)償?shù)闹C波與無功分量。</p><p>　　(5) 小波變換檢測法</p><p>　　小波變換檢測法是對諧波電流進(jìn)行動態(tài)抑制時, 不必分解出各次諧波分量, 只需檢測出除基波電流外的總畸變電流, 同時對出現(xiàn)諧波的時間問題也感興趣。小波變換克服了傅里葉變換在頻域完全局部化而

11、在時域完全無局部性的缺點(diǎn), 即它在時域和頻域同時具有局部性。</p><p>　　從以上檢測方法看, 基于瞬時無功功率理論的瞬時空間向量法簡單易行, 性能良好, 并已趨于完善和成熟, 今后仍將占主導(dǎo)地位。而基于神經(jīng)元的自適應(yīng)諧波電流檢測法和小波變換檢測法等新型諧波檢測方法也將有更大的發(fā)展。</p><p>　　（二）諧波測量的發(fā)展趨勢</p><p>　　諧波測量的

12、發(fā)展趨勢有以下幾方面：（1）有確定性的慢時變的諧波測量轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)條件下的快速動、暫態(tài)諧波跟蹤；（2）諧波測量算法向復(fù)雜化、智能化發(fā)展；（3）由于硬件設(shè)備的精度、速度和可靠性的快速發(fā)展，為實現(xiàn)高性能算法和實時控制奠定了基礎(chǔ)，如研究多通道諧波分析儀和電能質(zhì)量檢測儀；（4）諧波測量與實時分析、控制目標(biāo)相結(jié)合，使測量與控制集成化、一體化；（5）提出新的測量方法和測量手段，使測量諧波在精度和實時性方面取得突破。</p><p&

13、gt;　?。ㄈ㎝ATLAB的簡介</p><p>　　MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、F

14、ortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB7.10是最新版本，它具有一些新的功能：</p><p>　　●增加更多多線程數(shù)學(xué)函數(shù)，增強(qiáng)文件共享丶路徑管理功能以及改進(jìn) MATLAB 桌面 </p><p>　　● 新增用于在 MATLAB 中進(jìn)行流處理的系統(tǒng)對象，并在Video and Image Processing Blockset 和 Signal P

15、rocessing Blockset 中提供超過 140 種支持算法 </p><p>　　● 針對 50 多個函數(shù)提供多核支持并增強(qiáng)性能，并對圖像處理工具箱中的大型圖像提供更多支持 </p><p>　　● 在全局優(yōu)化工具箱和優(yōu)化工具箱中提供新的非線性求解器 </p><p>　　●能夠從 Symbolic Math Toolbox 中生成 Simscape 語言

16、方程 </p><p>　　● 在 SimBiology 中提供隨機(jī)近似最大期望 (SAEM) 算法和藥動學(xué)給藥方案支持Simulink 產(chǎn)品系列的新功能包括： </p><p>　　● 在 Simulink 中提供可調(diào)參數(shù)結(jié)構(gòu)丶觸發(fā)模型塊以及用于大型建模的函數(shù)調(diào)用分支 </p><p>　　3課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、研究難點(diǎn)及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)&

17、lt;/p><p><b>　　（一）研究基本內(nèi)容</b></p><p>　　本設(shè)計研究的基本內(nèi)容主要分為五個方面：</p><p>　?。?）MATLAB計算和仿真算法</p><p>　?。?）基于三相半橋整流電路帶負(fù)載供電系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　（3）Matlab交流供電系統(tǒng)仿真<

18、;/p><p><b>　?。?）GUI設(shè)計</b></p><p>　?。?）進(jìn)行諧波分析和參數(shù)計算</p><p>　?。ǘM采取的研究方法（技術(shù)路線）</p><p>　　本設(shè)計是基于三相半橋整流電路帶負(fù)載仿真基礎(chǔ)上，在運(yùn)用傅立葉變換特別是快速傅立葉變換對已知電力系統(tǒng)信號進(jìn)行分析。再將結(jié)果與國家供電標(biāo)準(zhǔn)對比，提出改進(jìn)

19、方案。擬采取以下方法：</p><p><b>　　(三)難點(diǎn)</b></p><p>　　本次設(shè)計的主要難點(diǎn)集中于你如何正確的使用MATLAB。當(dāng)你用MATLAB進(jìn)行供電系統(tǒng)仿真時，你必須掌握一些必要的計算知識、MATLAB函數(shù)定義以及電力系統(tǒng)仿真工具箱（Simpowersys）的使用。仿真后，你還需要使用MATLAB提供的信號處理工具箱（Signal Proces

20、sing Toolbox）、數(shù)字信號處理模塊（DSP Block)、濾波器設(shè)計工具箱（Filter Design Toolbox）、小波分析工具箱（Wavelet Toolbox）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱（Neural Network Toolbox）對仿真后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。準(zhǔn)確的測量各次諧波參數(shù),也是本次設(shè)計中的難點(diǎn).將幾組諧波信號參數(shù)用信號表達(dá)式進(jìn)行歸納,再將數(shù)據(jù)寫入得到圖。</p><p>　　（四）預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)

21、</p><p>　　能夠熟練的運(yùn)用MATLAB軟件?？梢源笾碌睦L出三相半橋整流電路供電系統(tǒng)的電路圖并能進(jìn)行仿真。借助該軟件中的Simulink模塊可對電力系統(tǒng)諧波進(jìn)行FFT分解，得到電流波形所含的諧波分量，分析其結(jié)果目的就是通過與諧波標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，使波形在允許的范圍內(nèi)發(fā)生畸變，不影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。</p><p>　　4研究工作詳細(xì)進(jìn)度和安排</p><p>

22、　　2010.12.1~2011.1.10    外文翻譯、文獻(xiàn)綜述 2011.2.25~2011.3.14    完成開題報告 2011.3.15~2011.4.15   完成方案設(shè)計、完成主電路的設(shè)計 2011.4.16~2011.5.20  完成控制電路的設(shè)計、完成總體合成 2011.5.20~

23、2011.5.26 總結(jié)、撰寫論文、準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 2011.5.27~2011. 5.29    畢業(yè)答辯</p><p><b>　　5參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1  Akagi H,Kanazawa Y .Nabae A.Insta

24、ntaneous reactive power compensators comprising devices without energy storage components.IEEE  Trans on IA,1984,20(3):625-630 2 Wilson R E

25、.methods and uses of precise time in power systems [J].IEEE Transactions on power Delivery.1992.7(1):0885-8977  3 王兆安，李民，卓放。三相電路瞬時無功功率理論的研究 

26、; 電工技術(shù)學(xué)報  1992，（3）：55-59 4 楊君、王兆安。  三相電路諧波電流兩種檢測方法的對比研究  電工技術(shù)學(xué)報  1995，10（2）：43-48 5 李庚銀，等?？焖俑盗⑷~變換的兩種算法[J]。電力系統(tǒng)自動化，1997，21（12）：37-40 6 任震，等。小波分析及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]