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1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,社會(huì)的電氣化程度越來(lái)越高。非線性電力電子裝置在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)不斷向電力系統(tǒng)注入諧波,對(duì)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(wèn)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(dòng)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(duì)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(jiǎn)單,但估計(jì)諧波的水平欠佳,無(wú)法進(jìn)一步對(duì)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(píng)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(wèn)題。
本文對(duì)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(duì)其諧波產(chǎn)生特性進(jìn)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(yàn)證了利用三相電壓型不控整流等值電路來(lái)簡(jiǎn)化交-直-交變換器諧波分析的可行性,并對(duì)等值電路的參數(shù)進(jìn)行了估算。通過(guò)對(duì)比模型的編程計(jì)算結(jié)果、時(shí)域仿真結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)測(cè)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?jī)?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(shí)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(duì)諧波電流的貢獻(xiàn)較大,諧波電壓對(duì)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(duì)諧波電流的影響要大于不
5、同次數(shù)諧波電壓對(duì)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(duì)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(duì)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(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(duì)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(lái)簡(jiǎn)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(yàn)公式考慮了交-直-交變換器的負(fù)載電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)存在的轉(zhuǎn)矩震蕩以及實(shí)際運(yùn)行中會(huì)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-
7、交變換器中低次諧波的產(chǎn)生情況,并在很大程度上簡(jiǎn)化了變換器的諧波分析過(guò)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(shí)驗(yàn)室搭建了相應(yīng)的硬件電路。通過(guò)對(duì)比諧波耦合矩陣模型的編程計(jì)算結(jié)果、時(shí)域仿真結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果,驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室對(duì)交-直-交變換器所產(chǎn)
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