【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,社會的電氣化程度越來越高。非線性電力電子裝置在運(yùn)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(yùn)行都造成了非常嚴(yán)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非常高,對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)一步對系統(tǒng)中廣泛分布的電壓型整流裝置在各種運(yùn)行工況下的諧波電流產(chǎn)生情況進(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析。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(jìn)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(zhǔn)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(dǎo)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(zhǔn)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(diǎn)可知,基頻電壓對諧波電流的貢獻(xiàn)較大,諧波電壓對諧波電流的貢獻(xiàn)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(jìn)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,可以近似認(rèn)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(jìn)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(fù)載電機(jī)啟動時會存在的轉(zhuǎn)矩震蕩以及實際運(yùn)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(fù)載的運(yùn)行情況。三相電壓型不控整流電路能夠反映出交-直-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(zhǔn)確有效。所建立的諧波耦合矩陣模型能夠準(zhǔn)確反映三相電壓型不控整流裝置的諧波產(chǎn)生特性。進(jìn)一步在實驗室對交-直-交變換器所產(chǎn)生的諧波進(jìn)行了實驗測量,綜合驗證了利用三相電壓型不控整流電路分析交-直-交變換器的諧波產(chǎn)生特性是合理可行的。
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【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM461

【參考文獻(xiàn)】

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1 孫媛媛;非線性電力電子裝置的諧波源模型及其在諧波分析中的應(yīng)用[D];山東大學(xué);2009年

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本文編號：2384108