題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 可控負(fù)荷模擬實(shí)驗(yàn)裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本文提出一種模塊化可控負(fù)荷電流擾動(dòng)發(fā)生裝置，該裝置由整流變壓器、PWM高頻整流H橋模塊、放電支路、高頻H橋模塊、低頻級(jí)聯(lián)H橋模塊、高頻連接電抗和低頻連接電抗組成。通過(guò)相應(yīng)的控制策略，能有效模擬諧波、無(wú)功以及電流波動(dòng)和負(fù)荷電流不平衡,并能模擬復(fù)合擾動(dòng)。在電路仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)中取得良好效果。
- 詳細(xì)介紹：
- 首先介紹下，主電路各部分的主要功能： 輸入整流變壓器：整流變壓器采用單相多繞組結(jié)構(gòu)，為了降低變壓器原邊電流值，因此變壓器原邊電壓采用線電壓接入方式，提高電壓等級(jí)在同等功率等級(jí)下降低了變壓器原邊輸入電流，有利于提高裝置運(yùn)行效率。 PWM整流器：PWM整流器是連接交流電網(wǎng)和直流母線電壓之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為裝置后級(jí)級(jí)聯(lián)H橋功率模塊提供穩(wěn)定的直流母線電壓，同時(shí)保證整流側(cè)輸入功率因數(shù)近似為1，并使輸入電流諧波含量較低近似為正弦波。 放電支路：由于本裝置能夠輸出有功功率，同時(shí)能夠?qū)ω?fù)荷有功進(jìn)行一定的補(bǔ)償，因此本裝置在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很大的有功交換，特別是對(duì)于沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償，可能會(huì)出現(xiàn)直流電壓的劇烈波動(dòng)，甚至?xí)霈F(xiàn)直流母線過(guò)壓，因此加入放電回路是很有必要的，在PWM整流器不能限制過(guò)電壓時(shí)，放電回路IGBT就開始工作，將直流母線電容通過(guò)放電電路放電，使直流母線電壓降低。 高頻H橋模塊：為了提高裝置的整體性能，特別是裝置發(fā)生高次諧波電流的性能，因此引入高頻H橋模塊，該H橋與低頻級(jí)聯(lián)H橋的控制策略和調(diào)制方式不用，使得高頻諧波電流與基波電流可以實(shí)現(xiàn)解耦控制，從而兩者的開關(guān)頻率、控制參數(shù)等指標(biāo)可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使裝置整體性能最優(yōu)。 低頻級(jí)聯(lián)H橋模塊：低頻級(jí)聯(lián)H橋主要輸出的是基波電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)H模塊輸出的基波電壓幅值和相位實(shí)現(xiàn)裝置基波功率的控制，包括裝置從系統(tǒng)吸收或者發(fā)出無(wú)功功率和有功功率，當(dāng)級(jí)聯(lián)H橋模塊輸出電壓與系統(tǒng)電壓完全同相位，進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)時(shí)，即裝置運(yùn)行于STATCOM狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)無(wú)功進(jìn)行有效的補(bǔ)償；當(dāng)級(jí)聯(lián)H橋輸出電壓與系統(tǒng)電壓有相位差時(shí)，此時(shí)裝置能夠?qū)ο到y(tǒng)有功進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此大大提高了本裝置的應(yīng)用場(chǎng)合。裝置容量的絕大部分取決于基頻分量的容量，因此本裝置的大部分容量由低頻級(jí)聯(lián)H橋決定。 高頻連接電抗：高頻連接電抗是為裝置補(bǔ)償高頻諧波電流而設(shè)計(jì)的，根據(jù)裝置需要可選擇合理的參數(shù)。 低頻連接電抗：低頻連接電抗主要流過(guò)的是基波分量，級(jí)聯(lián)H橋輸出基波電壓與系統(tǒng)電壓的差值就降落在低頻連接電抗器之上，通過(guò)電抗器將基波電壓差轉(zhuǎn)換成基波電流，從而實(shí)現(xiàn)向系統(tǒng)注入或者吸收無(wú)功和有功。 控制系統(tǒng)部分： 可控負(fù)荷用電品質(zhì)擾動(dòng)發(fā)生裝置的控制系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分：指令信號(hào)產(chǎn)生電路和控制電路。指令信號(hào)產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生所需要的各種擾動(dòng)的信號(hào)，如諧波電流信號(hào)，無(wú)功電流信號(hào)和負(fù)序電流信號(hào)等?？刂齐娐返闹饕δ苁窃诮o定的指令信號(hào)下，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)碾娏骺刂品绞疆a(chǎn)生需要的調(diào)制信號(hào)，再通過(guò)可行的調(diào)制技術(shù)得到控制IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷的開關(guān)信號(hào)，從而控制主電路使之輸出所需要的電流。 不同的環(huán)節(jié)采用不同的控制策略。整流模塊控制部分采用PI控制，引入直流電壓控制環(huán)；高頻諧波模塊采用電流滯環(huán)控制；基波模塊采用3H橋級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，單極倍頻載波移相CPS-SPWM調(diào)制的控制方法。通過(guò)控制調(diào)制波，可控制基波模塊輸出電壓的大小和相位。 應(yīng)用以上的主電路拓?fù)浜拖鄳?yīng)的控制策略，我們?cè)诜抡鎸?shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)中取得了較好的效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬就是一種用于研究電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的物理模擬，其實(shí)質(zhì)就是在實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)相似性原理建立電力系統(tǒng)的模型來(lái)研究電力系統(tǒng)的特性。無(wú)論是新的理論問(wèn)題的證實(shí)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析，新裝置、新設(shè)備投入運(yùn)行前的試驗(yàn)等，都需要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行相關(guān)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)。由于動(dòng)模實(shí)驗(yàn)的日益復(fù)雜性，對(duì)系統(tǒng)模型的精度等各方面有了更高的要求。該負(fù)荷模擬裝置可以取代傳統(tǒng)負(fù)荷模擬實(shí)驗(yàn)裝置，高精度模擬各種負(fù)荷特性。 基本思路：由PWM整流H橋模塊得到穩(wěn)定直流電壓，然后由PWM逆變H橋模塊輸出希望的波形。該過(guò)程選用用合適的控制策略，以期更好地實(shí)現(xiàn)目的。 創(chuàng)新點(diǎn)：采用電力電子技術(shù)取代傳統(tǒng)的負(fù)載模擬形式，具有體積小，可控性，模擬精度高，易在線更改，復(fù)合模擬等優(yōu)點(diǎn)。 技術(shù)關(guān)鍵：H橋的設(shè)計(jì)，及相應(yīng)的控制策略研究。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 先進(jìn)性科學(xué)性： 1.采用電力電子變流裝置取代傳統(tǒng)負(fù)載模擬裝置，解決了傳統(tǒng)模擬負(fù)荷體積龐大、元件數(shù)量多、成本高、能量不回饋，而且不易在線更改等缺點(diǎn)。 2.基波模塊和諧波模塊采用解耦控制，實(shí)現(xiàn)了任意單次諧波以及多次諧波疊加擾動(dòng)輸出，輸出最大諧波電流的次數(shù)在17次以上，仿真效果良好。 3.多目標(biāo)復(fù)合模擬，可以模擬多種單一以及復(fù)合的負(fù)載特性，比如同時(shí)進(jìn)行諧波和無(wú)功的模擬補(bǔ)償。 4.試驗(yàn)?zāi)芰炕仞侂娋W(wǎng)，節(jié)約能源。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 完成仿真實(shí)驗(yàn)，并初步完成實(shí)物裝置制作和相關(guān)實(shí)驗(yàn)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物展示和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)展示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：通過(guò)在人際交互系統(tǒng)輸入波形的參數(shù)，就可以輸出相應(yīng)的波形，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的觀察和記錄。 技術(shù)優(yōu)勢(shì)：與傳統(tǒng)負(fù)載模擬裝置相比，具有易實(shí)驗(yàn)操作、體積小、元件數(shù)量少、成本低、模擬精度高等優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)復(fù)合模擬，可以模擬各種單一以及復(fù)合的負(fù)載特性，同時(shí)該裝置用于實(shí)驗(yàn)的能量可回饋給電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的目的。 適用范圍：該裝置適用于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)中，可有效模擬包括諧波、無(wú)功、有功、電流擾動(dòng)、三相不平衡電流在內(nèi)的各種負(fù)荷特性，由于其具有前文所述的優(yōu)勢(shì)，其在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)中使用的負(fù)荷模型有異步機(jī)組負(fù)荷模型、燈箱負(fù)荷模型、串并聯(lián)電容器模型等，通過(guò)改變電壓、串聯(lián)回路內(nèi)的電阻電抗，或者改變電動(dòng)發(fā)電機(jī)組的激磁特性及附加飛輪片，可以得到一定范圍內(nèi)變化的負(fù)荷。但這類負(fù)荷模擬裝置存在體積龐大、元件數(shù)量多、成本高、能量不回饋，而且不易在線更改等缺點(diǎn)，尤其是無(wú)法精確模擬各種負(fù)荷，并且進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)不易操作，十分不便。
![超聲-微波輔助超臨界二氧化碳萃取黃柏?fù)]發(fā)油工藝的研究](/media/pro_project/proimage/2011/7/26/cache/f1907a64-c18f-41cc-88e4-be70434e6d26_120_120.jpg)
