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基于混合滤波器的电铁谐波与无功治理研究

作　者: 陈琦
导　师: 徐祥征
学　校: 华东交通大学
专　业: 电机与电器
关键词: 电气化铁道谐波抑制无功补偿混合滤波器灵敏度
分类号: TM711
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电气化铁路具有载重大、速度快、能源消耗小、环境污染少等诸多优势,但是电气化铁路对电力系统的电能质量产生严重的污染:诸如谐波,无功和负序等电能质量问题。随着我国铁道电气化水平的提高,电网中的谐波、无功将会比较突出,对电力设备和经济运行也会有着不良的影响。因此,结合我国实际情况开展对电气化铁道谐波、无功的电能质量综合补偿进行研究,对提高牵引供电系统的功率因数、减少谐波,提高电网及电气化铁道自身的运行安全、增大电力设备的利用率、改善电网绿色环境和提高电气化管理手段具有重要的现实意义。在论述谐波抑制与无功补偿技术的研究现状的基础上,重点阐述了电力滤波器的发展与分类。归纳和总结电气铁道供电方式、牵引变压器和电力机车的种类,及它们具有的谐波传输机理和产生机理。以SS8电力机车为研究对象,运用MATLAB仿真软件,采用定时触发思想的仿真手法对其进行了动态仿真,得到了随着投入段桥增加而变化的畸变电流,和随着运行速度的加快而变化的无功功率。对仿真得出的畸变电流使用FFT进一步分析。仿真结果表明:电力机车向电网主要注入奇次谐波,3次谐波的含量占26%、5次谐波的含量占14%、7次谐波的含量占10%、9次谐波的含量占7%。同时由相频响应图可知:奇次谐波的无功需求会影响基波的无功补偿。故主张滤除谐波以消除其对基波无功补偿的影响。在论述电铁谐波和无功电流检测原理的基础上,对基于滑窗迭代DFT检测方法、瞬时无功功率理论的数学表达进行了计算机编程。在MATLAB环境下,得到仿真结果为:滑窗迭代的DFT检测出的指定次谐波电流,和瞬时无功功率理论检测出的无功电流和谐波电流。通过比较两种处理方法的优缺点,提出i p ? iq检测与滑窗迭代DFT相结合的检测方法,通过MATLAB仿真表明:该方法通过较小的计算量,可以同时得到指定次谐波和无功电流。根据基波电压单独作用和谐波单独作用情况的不同对混合滤波器拓分别建立数学模型。在MATLAB环境下,分析了有源滤波器有效抑制系统与电网阻抗发生的串并联谐振的特性,和无源电力滤波器的器件容差对品质因素的灵敏度。得出结论:电容器的容差对品质因素的影响较大。并通过编程将混合滤波器并入上文建立的仿真模块,进行仿真得到理想的无功补偿和谐波抑制效果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题的目的和意义  9
  1.2 电气化铁道中谐波和无功造成的危害  9-10
    1.2.1 电气化铁道中的谐波和无功  9-10
    1.2.2 谐波和无功造成的危害  10
  1.3 电气化铁道谐波治理和无功补偿的研究现状  10-12
  1.4 电力滤波器的发展和分类  12-15
    1.4.1 无源电力滤波器的发展  12-13
    1.4.2 无源电力滤波器的分类及优缺点  13
    1.4.3 有源电力滤波器的发展  13-14
    1.4.4 有源电力滤波器的分类及其优缺点  14-15
  1.5 本文的研究内容与创新点  15-17
第二章电铁谐波与无功的传输与产生机理  17-38
  2.1 供电方式  17-19
    2.1.1 外部供电方式  17
    2.1.2 内部供电方式  17-19
  2.2 牵引变压器  19-26
    2.2.1 三相V/v 结线牵引变压器  21-22
    2.2.2 三相YN/d11 结线牵引变压器  22-25
    2.2.3 斯科特结线牵引变压器  25-26
  2.3 电力机车  26-37
    2.3.1 电力机车的分类  26-27
    2.3.2 韶山8 型电力机车整流模块  27-30
    2.3.3 电力机车谐波与无功功率产生机理  30-31
    2.3.4 基于MATLAB 的电力机车仿真  31-36
    2.3.5 结论  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章电铁谐波电流和无功电流的检测  38-49
  3.1 谐波与无功电流的检测原理  38-39
  3.2 谐波与无功电流的检测方法  39-43
    3.2.1 基于频域的检测法  39-41
    3.2.2 基于瞬时无功功率法  41-43
    3.2.3 智能算法  43
  3.3 仿真实验  43-47
    3.3.1 基于滑窗迭代DFT 检测方法的仿真实验  43-44
    3.3.2 i_p-i_q 检测方法的仿真实验  44-46
    3.3.3 i_p-i_q +滑窗迭代DFT 检测方法的仿真实验  46-47
  3.4 i_p-i_q +滑窗迭代 DFT 与滑窗迭代 DFT 检测精度的比较  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章混合滤波器对电铁谐波和无功的治理  49-62
  4.1 混合滤波器的结构  49-50
  4.2 混合滤波器的数学模型  50-52
    4.2.1 在基波电压作用下的数学模型  50-51
    4.2.2 在电网背景谐波电压下的数学模型  51
    4.2.3 在负载谐波电流条件下的数学模型  51-52
  4.3 有源滤波器抑制系统与电网发生串并联谐振的特性分析  52-54
  4.4 混合滤波器无源部分的灵敏度分析  54-57
    4.4.1 基波电压下器件容差对品质因数的灵敏度分析  54-55
    4.4.2 仿真实验  55-56
    4.4.3 结论  56-57
  4.5 混合滤波器对无功与谐波的治理的仿真实验  57-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章总结  62-63
  5.1 主要工作回顾  62
  5.2 本课题今后需进一步研究的地方  62-63
参考文献  63-66
附录A FFT 分析的源代码  66-67
附录B 滑窗迭代 DFT 检测的源代码  67-68
附录C i_p-i_q 检测方法的源代码  68-69
附录D i_p-i_q +滑窗迭代 DFT 检测方法的源代码  69-71
附录E 有源滤波器抑制系统与电网发生串并联谐振源代码  71-72
个人简历在读期间发表的学术论文  72-73
致谢  73

基于混合滤波器的电铁谐波与无功治理研究

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