黄志威开题报告

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毕业设计(论文)开题报告
题 目 新能源电网系统多谐波抑制滤波研究
学 院 电气与信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化
班 级 0914101 学 号 091410117
学生姓名 黄志威 指导老师 赵红梅
开题日期 2014.03.28
《 新能源电网系统多谐波抑制滤波研究 》开题报告
一、选题的背景与意义:
(一)课题研究来源
电能是一种方便清洁的二次能源,在促进科技发展、推动社会进步和提高人们生活
水平中发挥着不可替代的作用。新能源及新型电力负荷迅速发展,推动电力工业由传统
的集中供电模式向分散相结合的模式发展。电力系统容量变的更大、更复杂,影响供电
安全性与可靠性的因素也不断增加。新能源电网中大量使用电力电子装置作为接口,其
分布式电源惯性很小或无惯性;同时,由于新能源电源过负载能力低而产生电压波动等,
使得新能源电网更加容易产生电能质量问题。而谐波作为电能质量问题的重要内容,严
重影响了电网的安全、稳定与经济运行,引起人们的重视。
(二)课题研究的目的
通过此课题的研究可以减少输、供和用电的设备的额外附加损耗,增加设备的利用
率和经济效益,减少输电线路的损耗。由于谐波会大大增加变压器的铜损和铁损,研究
谐波抑制会减少对变压器的损坏。由于电容器对谐波的阻抗很小,谐波电流叠加在电容
器的基波上,会使电容器电流变大,温度升高,此课题研究也会减少对电容器的危害。
此外还可以减少对用电设备的危害,提高电网质量。
(三)课题研究的意义
新能源电网系统中,光伏与风力发电的间歇性出力易造成电压波动与闪变,并网逆
变器容易产生谐波和三相电流不平衡等问题,制约着可再生能源的经济高效利用,影响
了新能源电网系统的安全运行。因此,分析新能源电网电能质量问题,研究新能源电网
谐波抑制技术,确保新能源电网安全、经济、高效的运行,对促进新能源电网的发展与
广泛应用,提高局部供电可靠性与供电质量都具有重要的意义。
二、国内外研究现状:
(一)国内研究现状

我国在谐波抑制研究方面是在继日本、美国、德国等之后,得到学术界和企业界的
充分认识,并投入了大量的人力和物力。我国从80年代开始大量采用硅整流设备,尤
其是铁路电气化的迅速发展,推动了硅整流技术的发展和应用。我国在APF方面的研究
比较晚,研究APF主要集中在并联型、混合型。总的来说,目前我国有源电力滤波技术
的工业应用仍处于实验和攻坚阶段,特别是在既治理谐波又补偿无功功率的HAPF系统
方面。从近年来的研究中可以看出我国谐波抑制的发展趋势:
1、采用PWM调试技术和提高开关器件等效开关的多重化技术,实现对高次谐波的
有效补偿。
2、从经济上考虑,采用APF和HAPF组成的混合型滤波系统,以减少APF的容量,
降低成本,达到提高效益的目的。
3、从长远角度看,随着半导体器件水平的迅速发展,混合型滤波系统低成本的优
势将逐渐消失,串并联APF由于功能强大、性价比高,将是很有前途的有源滤波装置。
(二)国外研究现状
国外对电力谐波问题的研究大约起始于五六十年代,随着电力电子技术的发展及其
在工业、交通及家庭中的广泛应用,谐波问题日趋严重,从而引起各国的高度重视。目
前抑制滤波的趋势是采用有源电力滤波器,它是一种电力电子装置,能对频率和大小都
变化的谐波进行动态补偿,不受电网阻抗和频率变化的影响。由于谐波电流瞬时检测方
法在三相电力滤波器中的成功应用,在高性能DSP芯片也得到应用使得有源电力滤波
器APF得以迅速发展。随着科学技术的发展,国外已研制各种分析仪器,如德国的
NOWA-1谐波分析仪、美国的F40/41谐波分析仪,为更好的谐波抑制奠定基础。
三、课题研究内容及创新
该课题首先介绍新能源电网的基本结构和工作原理,建立模型,在分析新能源电网

电压闪变与波动、频率偏差以及谐波等电能质量问题的基础上,针对谐波抑制问题分层
次进行了的深入研究。首先,考虑电源并网带来的谐波,对逆变器采用虚拟同步电机控
制,实现电源有效参与系统电压与频率的调节,明显改善了并网电能质量,并加设LCL
型输出滤波器来抑制高频谐波,从而主动治理谐波。其次,考虑新能源电网与大电网与
大电网的耦合以及非线性负载的使用给系统带来谐波问题。本文结合有源滤波器(APF)
和无源滤波器(PPF)两者的优点,设计了一种混合型有源滤波系统(HAPF),以抑制
并网节点处的谐波电流。HAPF能够有效的抑制谐波电流,具有较高的性价比。最后,
针对HAPF中APF直接功率控制策略问题,从功率角度分析,给出常规谐波检测控制
与无谐波的功率等效关系,提出了无谐波检测的APF直接功率控制方法。本文提出了
基于无谐波检测的APF直接功率控制方法省略了负载和补偿环节的谐波及无功的检测
与计算,控制简单,动态性能好,抑制谐波效果更优,而且降低了系统成本。利用软件
MATLAB/SIMULINK分析并仿真,验证了并网逆变器虚拟同步机控制方法以及基于无
谐波检测的HAPF直接功率控制方法的有效性和可行性。
四、课题的研究方法:
1、被动治理,采用无源滤波装置、有源滤波装置和混合滤波装置进行抑制。采用

优化算法对滤波装置的参数设置、位置安装进行优化配置抑制谐波。
2、
主动治理,控制谐波源,对谐波源设备进行改造。改造包括;增加变流装置的
相术数或脉冲数。直流电压采用PWM在频率周期内被调制成等幅不等宽的 电
压脉冲。
3、
受端治理,使被保护的系统和设备免于受谐波污染。对于电力系统选择合理的
供电方式;对于设备使其具有免于谐波干扰保护的性能,避免电容器对谐波放
大。

五、研究计划及预期成果:
针对电网谐波问题展开研究。采用模拟同步电机控制策略来改善逆变器并网电能质

量,加设LCL滤波器以抑制谐波。还有基于无谐波检测控的混合有源滤波器来抑制电
网系统谐波。通过电网系统的建模,用仿真实验证明上述控制策略对电网谐波的抑制效
果显著。在搭建电网模型的基础上,对电网谐波抑制展开仿真实验研究,通过仿真结果
证明虚拟同步电机的LCL并网逆变器动态性能好、谐波抑制效果,验证了基于无谐波
检测的HAPF直接功率控制方法简单、优越。
六、参考文献:
[1] 吴竞昌. 供电系统谐波[M].1998
[2] 王要强,吴凤江,孙力. 带LCL输出滤波器的并网逆变器控制策略研究
[3] 霍志红,等.风力发电机组控制技术[M].北京:水利水电出版社,2010
[4] 陈珩.电力系统分析(第二版)[M].中国电力出版社,1995
[5] 孙涛,王胜伟,戴慧珠,等. 风力发电引起的电压波动和闪变[J]. 电网技术,2003,27
(12):62-66.
[6] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础[第四版][M].高等教育出版社,2001.1
[7] 阎石.数字电子技术基础[第四版][M].高等教育出版社,1998.11

七、指导教师评语:


签 名:

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八、教研室审核意见

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