工廠供電系統(tǒng)三相半橋仿真和諧波分析【開(kāi)題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　電氣工程及其自動(dòng)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(dòng)化的方向發(fā)展，系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，單個(gè)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(shí)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(wèn)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(kāi)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(kāi)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(dòng)形成的高度非線性,使電流不規(guī)則的波動(dòng)?，F(xiàn)在為了競(jìng)爭(zhēng), 對(duì)電工設(shè)備傾向于采用在臨界情況下的設(shè)計(jì)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的意義是：通過(guò)對(duì)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(jiàn)問(wèn)題和分析辦法。供電質(zhì)量分析是在仿真的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)學(xué)手段對(duì)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(shí)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(huì)GUI設(shè)計(jì)，達(dá)到基本用戶波形及其參數(shù)計(jì)算界面的要求。</p><p>　　2相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài) </p><p><b>　?。ㄒ唬┲C波的檢測(cè)</b></p><p>　　諧波的檢測(cè)，首先需要對(duì)含有的成分有個(gè)精確的認(rèn)識(shí)，還需要實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流的諧波分量?，F(xiàn)有的諧波電流檢

6、測(cè)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(jiǎn)單的諧波電流檢測(cè)法，基本原理是設(shè)計(jì)一個(gè)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(guò)于簡(jiǎn)單且精度不高。。一般實(shí)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(gè)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(cè)量諧波電流圖</p><p>　　利用FFT 變換來(lái)檢測(cè)電力諧波是一種以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)的測(cè)量方法, 其基本過(guò)程是對(duì)待測(cè)信號(hào)(電壓或電流) 進(jìn)行采樣, 經(jīng)A /D 轉(zhuǎn)換, 再用計(jì)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(cè)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(cè)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(méi)有自適應(yīng)能力;后一種檢測(cè)方法其優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)測(cè)量多個(gè)回路,能自動(dòng)定時(shí)測(cè)量。缺點(diǎn)是采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)限制諧波測(cè)量的最高次數(shù),具有較長(zhǎng)的時(shí)間延遲,實(shí)時(shí)性較差。</p><p>　　(3) 瞬時(shí)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(shí)無(wú)功功率理論,即“p - q”理論。該方法解決了諧波和無(wú)功功率的瞬時(shí)檢測(cè)和不用儲(chǔ)能元件就能實(shí)現(xiàn)抑制諧波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題,不過(guò)它忽略了零序分量, 且對(duì)于不對(duì)稱系統(tǒng), 瞬時(shí)無(wú)功的平均分量不等于三相的平均無(wú)功。所以, 此方法只適用于三相電壓正弦、對(duì)稱情況下的三相電路諧波和基波無(wú)功電流的檢測(cè)。</p><p>　　(4) 自適應(yīng)檢測(cè)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(wú)功分量。</p><p>　　(5) 小波變換檢測(cè)法</p><p>　　小波變換檢測(cè)法是對(duì)諧波電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)抑制時(shí), 不必分解出各次諧波分量, 只需檢測(cè)出除基波電流外的總畸變電流, 同時(shí)對(duì)出現(xiàn)諧波的時(shí)間問(wèn)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(shí)域完全無(wú)局部性的缺點(diǎn), 即它在時(shí)域和頻域同時(shí)具有局部性。</p><p>　　從以上檢測(cè)方法看, 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的瞬時(shí)空間向量法簡(jiǎn)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(cè)法和小波變換檢測(cè)法等新型諧波檢測(cè)方法也將有更大的發(fā)展。</p><p>　?。ǘ┲C波測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　諧波測(cè)量的

12、發(fā)展趨勢(shì)有以下幾方面：（1）有確定性的慢時(shí)變的諧波測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)條件下的快速動(dòng)、暫態(tài)諧波跟蹤；（2）諧波測(cè)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(shí)現(xiàn)高性能算法和實(shí)時(shí)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(cè)儀；（4）諧波測(cè)量與實(shí)時(shí)分析、控制目標(biāo)相結(jié)合，使測(cè)量與控制集成化、一體化；（5）提出新的測(cè)量方法和測(cè)量手段，使測(cè)量諧波在精度和實(shí)時(shí)性方面取得突破。</p><p&

13、gt;　?。ㄈ㎝ATLAB的簡(jiǎn)介</p><p>　　MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)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(jì)語(yǔ)言（如C、F

14、ortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)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(duì)象，并在Video and Image Processing Blockset 和 Signal P

15、rocessing Blockset 中提供超過(guò) 140 種支持算法 </p><p>　　● 針對(duì) 50 多個(gè)函數(shù)提供多核支持并增強(qiáng)性能，并對(duì)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(yǔ)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(dòng)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?jī)?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>　?。ㄒ唬┭芯炕緝?nèi)容</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容主要分為五個(gè)方面：</p><p>　?。?）MATLAB計(jì)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(jì)</p><p>　　（3）Matlab交流供電系統(tǒng)仿真<

18、;/p><p><b>　?。?）GUI設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）進(jìn)行諧波分析和參數(shù)計(jì)算</p><p>　　（二）擬采取的研究方法（技術(shù)路線）</p><p>　　本設(shè)計(jì)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(duì)已知電力系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行分析。再將結(jié)果與國(guó)家供電標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(jì)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(shí)，你必須掌握一些必要的計(jì)算知識(shí)、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(hào)處理工具箱（Signal Proces

20、sing Toolbox）、數(shù)字信號(hào)處理模塊（DSP Block)、濾波器設(shè)計(jì)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(duì)仿真后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。準(zhǔn)確的測(cè)量各次諧波參數(shù),也是本次設(shè)計(jì)中的難點(diǎn).將幾組諧波信號(hào)參數(shù)用信號(hào)表達(dá)式進(jìn)行歸納,再將數(shù)據(jù)寫(xiě)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(duì)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(guò)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(kāi)題報(bào)告 2011.3.15~2011.4.15   完成方案設(shè)計(jì)、完成主電路的設(shè)計(jì) 2011.4.16~2011.5.20  完成控制電路的設(shè)計(jì)、完成總體合成 2011.5.20~

23、2011.5.26 總結(jié)、撰寫(xiě)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

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