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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 電網(wǎng)電能質(zhì)量控制裝置的研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 針對(duì)目前電網(wǎng)中，有源注入式濾波器（APF）被公認(rèn)為是治理諧波的最有效的手段，但是其檢測(cè)與控制方法在實(shí)踐方面還不夠完善的現(xiàn)狀，作品研制了完整的APF樣機(jī)；提出了新的諧波電流檢測(cè)算法及控制算法，并創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了諧波電源。大大提高了系統(tǒng)的魯棒性、抗干擾性和精確性。作品具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品所研究的內(nèi)容和及其特點(diǎn)主要如下： （1）針對(duì)目前APF系統(tǒng)尚未有完整的系統(tǒng)仿真的情況，本作品設(shè)計(jì)了APF完整的系統(tǒng)仿真模型，并且仿真的代碼可方便地移植到DSP中實(shí)現(xiàn)，相比其他文獻(xiàn)中單元化的局部算法仿真更具有完整性和精確性； （2）同時(shí)，本作品研制了完整的APF樣機(jī)，在此樣機(jī)上不僅可以驗(yàn)證本作品所提出的檢測(cè)控制算法，還可以方便地應(yīng)用于其他APF檢測(cè)控制算法上，從而方便算法更新和系統(tǒng)升級(jí)； （3）在諧波檢測(cè)方面，本作品比較了各種諧波檢測(cè)方法，提出了一種基于坐標(biāo)變換的離散傅里葉（DFT）滑窗迭代諧波電流檢測(cè)算法，通過(guò)仿真驗(yàn)證相比其他算法具有檢測(cè)速度快、跟隨誤差小的特點(diǎn)； （4）在諧波電流補(bǔ)償輸出的控制算法上，在實(shí)際應(yīng)用中諧波電流滯環(huán)比較的方法用的比較多，但是輸出的諧波毛刺較大，IGBT開(kāi)關(guān)頻率高，對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)償反而不利，針對(duì)這種現(xiàn)象本作品總結(jié)出了基于遞推積分PI和離散滑模變結(jié)構(gòu)控制的復(fù)合諧波電流控制算法，這樣的算法降低了APF系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)毛刺，并且提高了系統(tǒng)的魯棒性、抗干擾性和精確性。 （5）本作品還設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)用的諧波電源，作為本作品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，它可以產(chǎn)生任意次所需要的諧波電流作為APF的補(bǔ)償對(duì)象，來(lái)驗(yàn)證APF的算法性能。這樣大大地方便了APF樣機(jī)研發(fā)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。所設(shè)計(jì)的諧波電源具有完全的獨(dú)立性，與電網(wǎng)完全隔離而不對(duì)鄰近的設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾的優(yōu)點(diǎn)。
作品圖片
作品專(zhuān)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)
- 針對(duì)目前有源注入式濾波器（APF）檢測(cè)與控制方法在實(shí)踐方面還不夠完善的現(xiàn)狀，研制了完整的APF樣機(jī)；在諧波檢測(cè)上，提出了一種基于坐標(biāo)變換的離散傅里葉（DFT）滑窗迭代諧波電流檢測(cè)算法；針對(duì)輸出的諧波毛刺較大，IGBT開(kāi)關(guān)頻率高的現(xiàn)象總結(jié)出了基于遞推積分PI和離散滑模變結(jié)構(gòu)控制的復(fù)合諧波電流控制算法，大大提高了系統(tǒng)的魯棒性、抗干擾性和精確性。最后設(shè)計(jì)了能產(chǎn)生任意次所需要的諧波電流的諧波電源。它將基波正弦函數(shù)和各種諧波函數(shù)合成，并采用SPWM調(diào)制方法控制逆變器輸出諧波電壓，在負(fù)載回路中產(chǎn)生諧波電流來(lái)模擬電網(wǎng)作為APF的補(bǔ)償對(duì)象。這種仿制污染電網(wǎng)的諧波電源對(duì)APF的研發(fā)起著至關(guān)重要的作用，它大大縮短了APF的研發(fā)周期。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在目前電網(wǎng)中，相對(duì)固定無(wú)源濾波器而言有源注入式濾波器（APF）被公認(rèn)為是治理諧波的最有效的手段，但是其檢測(cè)與控制方法在實(shí)踐方面還不夠完善。作品研制了完整的APF樣機(jī)；提出了新的諧波電流檢測(cè)算法及復(fù)合諧波電流控制算法，并創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了諧波電源。作品具有一定的創(chuàng)新性，先進(jìn)性。具有一定的市場(chǎng)前景。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 目前正在申報(bào)遼寧省鑒定
作品所處階段
- 已完成樣機(jī)的制作，目前正在調(diào)試，希望進(jìn)一步完善作品！
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 希望找到合適的企業(yè)進(jìn)行進(jìn)一步技術(shù)合作，并提供必要資金，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品！
作品可展示的形式
- 實(shí)物（樣機(jī)）演示
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)
- 作品針對(duì)目前有源注入式濾波器（APF）檢測(cè)與控制方法在實(shí)踐方面還不夠完善的現(xiàn)狀，研制了完整的APF樣機(jī)；在諧波檢測(cè)上，提出了一種基于坐標(biāo)變換的離散傅里葉（DFT）滑窗迭代諧波電流檢測(cè)算法和基于遞推積分PI和離散滑模變結(jié)構(gòu)控制的復(fù)合諧波電流控制算法，大大提高了系統(tǒng)的魯棒性、抗干擾性和精確性。 作品可廣泛適用于電力系統(tǒng)生產(chǎn)自動(dòng)化等領(lǐng)域，有廣闊的市場(chǎng)前景，如能產(chǎn)品化并投入實(shí)際使用，能有效的抑制電網(wǎng)諧波，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 諧波問(wèn)題是當(dāng)今電力電子領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。1976年，L.Gyugyi最早提出并確立了有源電力濾波器的概念，設(shè)計(jì)了PWM控制大功率晶閘管逆變器構(gòu)成的APF。受限于當(dāng)時(shí)電力電子基礎(chǔ)水平的發(fā)展，全控型器件的功率較小、控制頻率低，APF的實(shí)現(xiàn)研究?jī)H限于實(shí)驗(yàn)室水平。 歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，有源電力濾波器的研究取得大量發(fā)展。1983年，日本人提出了三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論來(lái)檢測(cè)三相系統(tǒng)中電流諧波的檢測(cè)。當(dāng)時(shí)電力電子技術(shù)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，各種新型大功率快速的電力電子器件問(wèn)世，如：GTR、GTO等?？刂评碚?、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理方面的技術(shù)突破極大推動(dòng)了APF的實(shí)用化進(jìn)程。 APF被公認(rèn)為是改善供電質(zhì)量的最有效的設(shè)備。目前西方發(fā)達(dá)資本主義國(guó)家如美國(guó)、日本在APF的工程應(yīng)用推廣上投入了很大的精力，并且技術(shù)水平也處于國(guó)際領(lǐng)先，作為APF行業(yè)的走在最前列的國(guó)家，其APF設(shè)備諧波補(bǔ)償?shù)拇螖?shù)也逐漸提高，補(bǔ)償次數(shù)可達(dá)25次諧波，并且單機(jī)最大容量達(dá)到50MVA。應(yīng)用領(lǐng)域的走向大有“星星之火，可以燎原”之勢(shì)，從小規(guī)模的用戶端補(bǔ)償覆蓋到整個(gè)電力系統(tǒng)的補(bǔ)償。 我國(guó)對(duì)有源電力濾波器的研究開(kāi)始于80年代末，國(guó)內(nèi)陸續(xù)出版了一些這方面的專(zhuān)著，目前對(duì)APF的研究還主要停留在高校的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)水平上，距離工業(yè)化產(chǎn)品還有一定距離。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，人們的生活水平提高各種用電負(fù)荷的加大，有源電力濾波器的市場(chǎng)逐漸升溫，出現(xiàn)了一些專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)諧波抑制產(chǎn)品的公司。 從2003年起，我國(guó)的低壓APF市場(chǎng)逐漸出現(xiàn)了一些系列化的商業(yè)產(chǎn)品，除了國(guó)外ABB、西門(mén)子等公司的低壓APF產(chǎn)品外，國(guó)內(nèi)的還有如上海追日電氣有限公司，上海寶鋼安大電能質(zhì)量有限公司，深圳市波宏電力濾波設(shè)備有限公司，北京新電創(chuàng)拓科技有限公司、上?，F(xiàn)代電源設(shè)備有限公司等也都自主開(kāi)發(fā)了一些低壓APF產(chǎn)品。 從技術(shù)角度上來(lái)講，這些APF的硬件電路上大多采用模擬硬件電路提取參考諧波電流，這樣的設(shè)計(jì)雖然有利于產(chǎn)品的流水線生產(chǎn)也縮短產(chǎn)品的調(diào)試時(shí)間，但是局限性是顯而易見(jiàn)的，由于模擬器件的參數(shù)受環(huán)境的變化而不同，并且硬件固定基本不可能現(xiàn)場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品升級(jí)。當(dāng)然，目前也有數(shù)字化的APF應(yīng)用于市場(chǎng)，但是其諧波控制算法上基本采用滯緩比較的算法，這樣的算法輸出開(kāi)關(guān)毛刺較大，一定程度上影響了APF的補(bǔ)償效果，降低了產(chǎn)品所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。
