整流器件的谐波抑制仿真
三相电压型SVPWM整流器仿真研究
三相电压型SVPWM整流器仿真研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型SVPWM（空间矢量脉宽调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在新能源发电、电机驱动、电网治理等领域得到了广泛应用。
SVPWM技术以其独特的调制方式，能够实现输出电压波形的高精度控制，提高整流器的电能转换效率，降低谐波污染，成为现代电力电子技术的研究热点。
三相电压型SVPWM整流器的基本工作原理是通过控制整流器的开关管通断，将交流电源转换为直流电源，为负载提供稳定、可靠的直流电能。
在SVPWM调制策略下，整流器能够实现对输入电压、电流的高效控制，使电网侧的功率因数接近1，从而减小对电网的谐波污染，提高电能质量。
为了深入了解三相电压型SVPWM整流器的性能特点，本文将对其仿真研究进行深入探讨。
通过建立整流器的数学模型，利用仿真软件对其进行仿真分析，可以直观地了解整流器在不同工作条件下的运行特性，为实际工程应用提供有力支持。
仿真研究还可以为整流器的优化设计、参数选择等提供理论依据，推动三相电压型SVPWM整流器技术的进一步发展。
三相电压型SVPWM整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在现代电力电子技术中具有重要的应用价值。
通过仿真研究，可以深入了解其性能特点，为实际应用提供有力支持，推动相关技术的不断发展。
1. 研究背景：介绍三相电压型SVPWM整流器的研究背景及其在电力电子领域的应用价值。
能源转换效率的提升：在当前的能源结构中，电力是最主要的能源形式之一。
电力在传输和分配过程中往往存在损耗和污染。
三相电压型SVPWM整流器作为一种能够实现AC（交流）到DC（直流）高效转换的装置，能够显著提高能源转换效率，降低能源浪费，从而满足日益增长的能源需求。
电网稳定性的改善：随着可再生能源的快速发展，电网的稳定性问题日益突出。
三相电压型SVPWM整流器具有快速响应和精准控制的特点，能够有效地改善电网的电能质量，提高电网的稳定性。
基于matlab谐波抑制的仿真研究(毕设)
如果将整流相数增加到12 相，则5 次谐波电流下降到基波电流的4.5%，7 次谐波电流下降到3%。
除了可对整流器本身进行改造外，当有多台相同的6 脉动换流器同时工作时，可以用取自同一电源的换流变压器二次绕组之间适当的移相，以达到提高整流脉动数的目的。
（2）采用交流滤波装置。
采用交流滤波装置在谐波源的附近就近吸收谐波电流，以降低连接点处的谐波电压。
滤波装置是由电阻、电感、电容等元件组成的串联谐振电路，利用其串联谐振时阻抗最小的特性，消除5、7、11 次等高次谐波。
在运行中滤波器除了能起到滤波作用外还能兼顾无功补偿的需要。
（3）抑制快速变化的谐波。
快速变化的谐波源（如电弧炉、电力机车、晶闸管供电的轧钢机和卷扬机等）除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的（如电气化铁道的机车，处于熔化期的电弧炉等）还会造成系统电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。
抑制快速变化谐波较全面的技术措施就是在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效减小波动谐波源的谐波量，同时，可以抑制电压波动、闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数，目前技术上较成熟。
（4）避免并联电容器组对谐波的放大作用。
在电力系统，中并联电容器组可以改善无功，起改善功率因数和调节电压的作用。
当有谐波源时，在一定的参数下，电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。
因此可采取改变电容器的串联电抗器，或将电容器组的一些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
（5）LC无源滤波法。
LC无源滤波器是一种常用的谐波补偿装置。
它的基本工作原理是利用LC谐振回路的特点抑制向电网注入的谐波电流。
当谐振回路的谐振频率和其中一高次谐波电流频率相同时，则可将该次谐波电流滤除，使其不会进入电网。
多个不同谐振频率的谐振回路可溥除多个高次谐波电流，这种方法简单易行。
（6）采用有源电力滤波器APF（Active Power Filter）。
500kV圭山变电站12脉波整流融冰装置谐波抑制的分析研究
500kV圭山变电站12脉波整流融冰装置谐波抑制的分析研究摘要：2018年云南平均气温突破了历史同期最低记录，冰灾后，直流融冰技术在省内电力行业中得到了广泛应用，可控整流技术带来的谐波问题也随之而来，本文结合现有对高压直流输电谐波的理论研究成果,通过对云南500kV圭山变电站12脉波整流融冰装置交流侧的典型波形进行了统计分析,整理出直流融冰系统交流侧谐波存在的一些特点,分析研究后提出治理方案,为以后新建厂站的直流融冰装置进行滤波设计时提供参考。
关键词：直流融冰；谐波；仿真统计；分析研究；治理引言入网整流融冰设备的谐波源主要是晶闸管整流器，晶闸管整流器即使在理想状态下运行（即三相交流系统完全对称，直流换流电抗等于零）时，整流变二次绕组也会流过全方波电流，对应的一次绕组流过梯形波电流，其电流波形发生畸变，对于三相全控桥12脉波整流器，变压器原边及供电线路中含有11、13、23次等高次谐波电流，而三相交流系统很难完全对称，造成谐波成分更复杂，电压与电流波形发生畸变更严重，注入电网后将对电气设备产生危害，所以必须采取措施有效抑制谐波注入电网。
为满足整流融冰装置投入后，圭山变电站500kV、220kV侧母线电压谐波总畸变率小于2.0%，35kV侧母线电压谐波总畸变率小于3.0%的入网要求，根据系统条件进行分析研究，保证融冰设备符合入网条件。
1.直流融冰装置回路结构500kV圭山变电站直流融冰装置主回路结构采用12脉动整流方式，由整流变压器、晶闸管换流器、平波电抗器组成，经过站内35kV侧Ⅲ段母线接入系统，见下图。
其中，融冰装置额定输出容量60MW，额定电流4500A，额定电压13.45kV；整流变额定容量70/35/35MVA，额定电压35±2x2.5%/5.5/5.5kV，短路阻抗Ud1-2 = Ud1-3=20%，接线方式D-d-y11；平波电抗器电感值8mH，额定电压35 kV，额定电流4500A。
三相电压型PWM整流器的仿真讲解
摘要为了解决电压型PWM整流器直接功率控制系统主电路参数设计问题,根据整流器在dq 两相同步旋转坐标系中的数学模型建立了其功率控制数学模型.基于功率控制数学模型,结合整流器直接功率控制系统的特点,推得交流侧电感是由功率、功率滞环比较器环宽及开关平均频率决定的;直流侧直流电压是由交流电压、电感及负载决定的;突加负载时直流侧电容是由直流电压波动、功率、电感及负载决定的.根据上述影响主电路参数的诸多因素,提出交流侧电感、直流侧电压及直流侧电容的设计方法.计算机仿真和实验证明了本文提出的设计方法是可行的.关键词PWM整流器; 直接功率控制; 直流电压; 交流侧电感; 直流电容目录1 电压型PWM整流器 (2)1.1电压型PWM整流器拓扑结构及数学模型 (3)1.2 电压型PWM整流器DPC系统结构及原理 (3)2 电压型PWM整流器DPC系统主电路参数设计 (5)2.1 交流侧电感的选择 (5)2.2 直流侧直流电压的选择 (6)2.3 直流侧电容的选择 (7)3 电压型PWM整流器DPC系统仿真与实验 (9)3.1 系统主电路参数设计 (9)3.2 系统仿真 (9)3.3 系统实验 (10)4 总结与体会 (12)参考文献 (13)1电压型PWM 整流器1.1电压型PWM 整流器拓扑结构及数学模型电压型PWM 整流器主电路拓扑结构如图1所示.图中a U ，b U ,c U 为三相对称电源相电压,,a b c i i i 为三相线电流;,,a b c S S S 为驱动整流器开关管(绝缘栅双极型晶体管IGBT)开关函数;jS 定义为单极性二值逻辑开关函数,jS =1(j=a,b,c)则上桥臂开关导通,下桥臂开关关断,jS =0下桥臂开关导通,上桥臂开关关断；dc U 为直流电压;R,L 为滤波电抗器的电阻和电感;C 为直流侧电容;RL 为负载;,ra rb rc U U U 为整流器的输入相电压;L i 为负载电流。
电气化铁路谐波仿真及抑制措施分析
电气化铁路谐波仿真及抑制措施分析何国军【摘要】介绍了交-直型电力机车牵引主电路整流器原理和交-直-交型电力机车三电平PWM整流原理.运用Maflab/Simulink仿真软件建立了交-直型和交-直-交型电力机车谐波仿真模型,分别对其谐波进行了仿真分析,总结分析了其谐波特性,并给出了电气化铁路谐波抑制的措施.仿真分析结果对电气化铁路谐波分析与抑制具有实际工程应用参考价值.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2017(055)001【总页数】4页(P60-62,78)【关键词】谐波仿真;抑制措施;滤波器;电气化铁路【作者】何国军【作者单位】中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京102600【正文语种】中文【中图分类】TN713近些年来随着我国电气化铁路的快速发展，电气化铁路牵引供电系统中产生的谐波随之也受到了广泛的关注。
这些谐波如果不能及时得到治理，注入到电力系统中后，将会对电网造成危害，危及电力系统的安全稳定运行[1-2]。
针对目前电气化铁路线主要运行的交-直型电力机车与交-直-交型电力机车，分别建立了其谐波仿真模型，对其网侧谐波进行仿真分析、总结分析了其谐波特性，并给出了电气化铁路谐波抑制的措施。
仿真分析结果对电气化铁路谐波分析与抑制具有实际工程应用参考意义。
2.1 交-直型机车牵引主电路原理选取了SS9交-直型电力机车，其牵引主电路如图1所示[3]。
其牵引绕组a1-x1、a2-x2电压有效值均为686.8V，其中a1-b1、b1-x1均为343.4V，与其相应的整流器构成了三段桥不等分整流桥电路。
SS9型电力机车三段不等分整流桥的工作顺序如下[3]：首先投入四臂桥a2-x2段，整流电压由0逐渐增大至1/2Ud。
再投入六臂桥a1-b1段，整流电压在1/2Ud～3/4Ud之间调节。
最后投入六臂桥b1-x1段，整流电压在3/4Ud～1Ud之间调节。
2.2 交-直型电力机车谐波仿真仿真过程中，主要考虑电机的反电动势和整流桥触发角α的大小。
三相三电平VIENNA整流器的仿真分析
PWM Full-Bridge Three-phase Rectifiers[C].IEEE Power Electronics Specialists Conference. 2002,2:915-920.
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图 5 VIENNA 整流器三相相电流波形
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70ms V(Va:+,L1:2)
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图 6 VIENNA 整流器 A 相电感两端电压波形
500V
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[3] Johann W. Kolar, Uwe Drofenik, Franz C. Zach. VIENNA Rectifier II—A Novel Single-Stage
High-Frequency Isolated Three-Phase PWM Rectifier System[J]. IEEE Trans ON Industrial Electronics.1999,46(4):674-691.
4. 结论
本文分析了VIENNA整流器的工作原理，在Matlab语言和Pspice仿真环境下建立了仿真模 型，对三电平VIENNA整流器进行了系统仿真，仿真结果显示VIENNA整流器具有功率因数接近 一，谐波可控制，输出直流电压可调等特点。从工程上看，其电路控制简单、开关器件少、 低成本、低损耗。
多重化整流电路的MATLAB仿真和谐波分析
464
电
力
学
报
第 23 卷
15° , 可构成串联 4 重联结电路, 此电路为 24 脉冲整
流电路。 这里不再给出具体电路
[ 1, 5 ]
。
具 ( Pow erSystem B lock set ) 可用于电力电子电路和 系统仿真, 文中的模型就是基于该工具箱建立的。
当负载为阻性负载, 负载电流的谐波含量与输 出电压相同, 当负载为感性时, 由于电感的滤波作 用, 负载电流的波动更小, 谐波含量更少。
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2 多重化整流电路的仿真
由于 2 重并联联接和 2 重串联联接波形完全相 同, 而3 重、 4 重等多重联结时的谐波规律雷同。 限于 篇幅的原因, 只给出 2 重串联联接的 12 脉冲整流电 路的仿真模型。本文在M A TLAB 环境下对 12 脉波 整流路进行仿真,M a t lab6. 5 版本中的电力系统工
图 1 并联联结的 12 脉冲整流电路的原理图
1 多重化整流电路的结构
整流电路的多重连结有并联多重连接和串联多 重联结。 图 1 给出了将两个整流电路并联联接而成 的电路原理图。 图 2 给出了将两个三相全控桥整流 电路串联联结而成的电路原理图。 图 1 的并联联结 电路与图 2 的串联联结电路相比, 多使用了一个平 衡电抗器, 其作用为平衡两组整流器的电流, 保证任 一瞬间每组三相桥电路同时工作。 在整流 2 重联结时, 利用变压器二次绕组接法 的 不同, 使两组三相交流电源间相位错开 30° , 从而 使输出整流电压在一个电源周期中脉动 12 次, 故两 电路均为 12 脉冲整流电路。整流变压器二次绕组分 别采用星形和三角形接法, 为保证两组电压的大小 相 等, 变 压 器 一 次 绕 组 和 二 次 绕 组 的 匝 数 比 为
PWM整流器在电网谐波抑制中的应用研究
毕业论文课题名称:PWM整流器在电网谐波抑制中的应用研究学生姓名与学号:郭壮*********所在院系: 电气信息工程学院专业年级: 电气工程及其自动化2012级专升本指导教师及职称: 王化冰副教授平顶山学院教务处制第1章绪论1．1背景和意义电能的使用是衡量一个国家科学技术与经济发展水平的重要标志之一，随着电力电子技术的发展，电力网络负荷的急剧加大，非线性负荷容量的不断增长，电网中出现了电压电流波形畸变、电压波动与闪变，以及三相不平衡等电能质量问题。
理想状态的公用电网是以恒定的频率，标准的电压和正弦波形对用户供电，但因为非线性电力负荷的大量应用，产生了大量的谐波电流、谐波电压和无功，引发了各种问题，如损耗增加、效率降低、噪声和过压过热等，严重恶化了电力生产环境。
于是各国的电力科技人员对谐波抑制和无功补偿这方面的课题研究产生了浓厚的兴趣。
并且随着电力电子技术的飞速发展，在这方面取得了一些突破性发展，其中美日两国的科研人员取得了巨大的成就，而国内目前多处在起步阶段；另外从维护绿色环境的角度来看，无谐波就是电力系统环境“绿色”的主要标志之一，所以该研究是很有实际意义的。
1．2国内外研究与发展现状传统的谐波抑制方法是使用LC滤波器，但其损耗大，参数易变，不能动态补偿等缺点已不能满足电能质量的要求。
动态抑制谐波，补偿无功的新型电力电子装置有源电力滤波器(APF)成为近些年来研究的热点。
APF是在1971年由Sasaki．H最早提出。
1982年世界上第一台并联型有源滤波器投入工业应用；1987年Takeda等提出串联APF 加并联无源滤波器的混合有源电力滤波器(HAPF)；1988年，F．Z．Peng等提出串联APF加并联无源滤波器的HAPF；1990年，H．Fujit等提出APF与无源滤波器相串联的HAPF；1994年，H．Akagi等提出串联APF和并联APF的HAPF等等。
最近又有人提出统一电能质量调节器(UPQC)，结合并联有源电力滤波器和串联有源电力滤波器的优点，综合改善电能质量。
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整流器件的谐波抑制仿真
：The use of nonlinear loads in power system make harmonic pollution ，in order to solve the harmonic pollution ，active power filter is used. This paper introduces the basic principles of active filter ，and establishs a Matlab / Simulink simulation model and analysis. The results show that the active filter has good compensation characteristic.
0 引言随着电力电子技术的迅速发展和电力电子装置的应用越来越广泛，电磁环境受到严重的污染，电网谐波污染问题成为一个非常严峻问题。
此外电网中使用的异步电动机、变压器和电弧炉等负荷消耗大量的无功功率，若得不到及时补偿将致使电网电压波动、供电设备容量增加、损耗增加。
因此，谐波补偿成为当前的一个非常严峻的问题。
谐波抑制的手段主要包括无源滤波和有源滤波。
无源滤波器是由电容器和电抗器串联而组成的，并且调谐在某种特定的谐波频率，对它所调谐的谐波具有一个低阻抗作用；有源滤波器是产生与其所测得的畸变的谐波电流的相位相反的一组谐波电流，谐波电流因此被抵消并且最终变成一个没有畸变的正弦波。
本文中
主要介绍并联型有源滤波器的原理，并进行MATLAE仿真和分析。
1并联有源滤波器的工作原理
系统的主要组成包括：指令电流运算电路、电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路。
Is 为电网提供的电流，il 为负载电流，ic 为有源滤波器的输出电流。
基本原理为当需要对非线性负载所产生谐波电流进行补偿时，由检测电路测量出补偿对象负载电流il 中的谐波电流成分iLh ，将它相位相反后当作要补偿电流的指令信号，因此由补偿电流发生电路产生的补偿电流ic 和负载电流中的谐波信号iLh 等大、反相，补偿电流与电网中的谐波和无功电流相消，因此电网的电流和负载的基波电流相等，使的电源电流变为正弦波。
2有源滤波器的Matlab 仿真研究
2.1谐波检测谐波电流检测法有很多，包含用模拟带通滤波器，傅立叶变换谐波检测分析，瞬时无功功率谐波检测等等。
本文采用的办法是基于瞬时无功功率的谐波检测法，其基本原理如图2 所示。
图2 中：
C=sin s t -cos s tcos s t sin 3 t , =■ 1 -1/2 -1/20 ■ 12
-■/2
其中 ia 、ib 、ic 分别为谐波补偿之前 a、b、c 的三相电流，输入电流ia、ib、ic通过C32坐标变换后使其再经过滤波器(LPF)，然后再经过一次C32反变换后就可以得到基波电流分量
iaf 、ibf 、icf ，总电流减去基波电流就可以得出谐波电流。
2.2电流跟踪控制电路并联型有源电力滤波器发出的补偿电流应跟随指令信号的变化而实时变化，这就使得补偿电流发生器应具备良好的实时性，所以文中使用跟踪型PWM控制法，文中PWM 勺产生使用滞环电流比较控制法。
滞环控制是一个比较常见的电流跟踪控制方式，它的硬件电路及其简单，电流响应速度非常快。
工作原理为：比较补偿电流的指令信号i ■■和实际的补偿电流ic ，二者的偏差当作滞环比较器的输入信号，由滞环比较器产生出相应的脉冲信号，它通过驱动电路控制主电路中的开关的通断情况，进而操控补偿电流ic 的变化情况。
滞环比较器的原理如图3 所示。
2.3有源滤波器仿真模型的建立根据前文论述和分析结果在Matlab7.0 Simulink 环境中对有源滤波器进行了模型构建。
此次建模采用基于瞬时无功功率的谐波电流检测法检测谐波电流，逆变器触发脉冲由滞环比较装置产生，有源滤波器直流侧电压由可控电压源控制。
实时模拟器数字输出端产生六个瞬时脉冲，逆变器利用这些脉冲产生所需的电流。
3结果分析
利用Matlab/Simulink 中的Powergui 工具可以很方便地进
行仿真研究，提取基波分量和谐波波形，并对波形进行FFT 分析。
选取整流电路电源侧A相电流原始波形图4进行仿真研究。
从图4补偿前的A相电流波形可见，因为负载是三相整流桥，
因此负载电流的波形发生非常严重的畸变，其中5次、7 次、11
次、13 次谐波的含量非常的大，负载电流的总畸变率高达19.35%，这对系统的影响是非常大的，而投入有源滤波器后，负载电流的波形基本变成正弦波，负载电流的总畸变率也变为图5 中的0.36%，这说明滤波效果是非常明显的。
4结束语
文中着重介绍了有源滤波器的原理，并采用基于瞬时无功功率的谐波电流检测法，精准地测量出谐波。
文中采用Simulink 下的电力系统模块PowerSystems 构建了谐波电流检测模型和并联型有源电力滤波器的仿真模型，仿真的结果证明了理论分析的正确性，表明了有源电力滤波器具备很好的补偿特性。