低压晶闸管投切滤波装置的设计
目 录
1 引言 1
1.1 论文选题背景 1
1.2 谐波治理技术 4
1.3 国内外研究现状及发展趋势 6
1.4 本课题的主要工作 7
2 无源滤波器参数设计方法和研究 7
2.1 无源滤波器的原理 7
2.2 无源滤波器的分类 8
2.3 晶闸管投切滤波装置介绍 11
2.4 无源滤波系统的参数设计方法 12
2.5 无源滤波系统的参数计算 15
3 基于PSIM 的无功补偿的仿真 25
3.1 PSIM仿真软件介绍 25
3.2 PSIM的基本操作步骤 25
3.3 PSIM软件仿真 25
4 基于 MATLAB 的频率扫描仿真 29
4.1 MATLAB仿真软件介绍 29
4.2 MATLAB仿真目的 29
4.3 MATLAB软件仿真 30
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
1 引言
1.1 论文选题背景
目前，在理想情况之下，在电力系统正常工作期间，其为用户供电的时候，都是以额定频率以及额定电压传输的[1]。然而，在实际生活当中，因为每户电器电子设备使用量较多且其负荷变化不断，所以不能够保证其一直是以额定频率和额定电压为用户供电，加之大部分的电力电子设备的功率还是较低的，这些都是导致配电网功率因素低以及大部分谐波电流现象发生的主要原因，而这些现象的发生给用户和供电系统带来很大的困扰[2]。除此之外，还有三大因素影响电力系统的运行，分别是：除电流和电压的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
三相对称平衡状况、波形畸变情况和由于负荷急变造成的电压闪变，在情况不严重的时候，只会对用电效率产生一些影响，但在情况严重的时候，是会威胁到用户用电安全的[3]。
1.1.1 谐波产生的原因
早在20世纪20-30年代时，人们便对其有了一定的研究，起初主要是由于人们发现电网电压与电流波形出现畸形，而这些现象的出现主要是由于静止汞弧变流器的使用。在20世纪四十年代，出现了关于谐波研究的经典论文，其作者是J.C.Read，当时他发表的是关于汞弧变流器谐波论文。20世纪50年代 -60年代，E.WKimbark对谐波做出了较为详细的总结[4]。由于科技水平不断的提升，电力电子技术也随之提高，这样也就导致其产生谐波的概率上升，给人们生活造成很大的困扰。
谐波产生的主要原因是当其工作时，与电网相连时各种非线性负载的出现产生的。在电力系统中主要的谐波源有一下几种：
（1）气体放电照明灯具；
（2）电力变压器 的非线性励磁；
（3）旋转电动机引起的谐波；
（4）电弧炉等引起的波形畸变；
（5）三相电压或电流 不对称性负载；
（6）各种电力电子装置；
电力电子在日常生活中运用广泛，其发展也是日趋渐进，技术的提高使其装置容量也不断的增大，所以谐波产生的情况也就随之增多，这些都是导致电力系统产生的主要污染源。
1.1.2 谐波的表示法
谐波主要是一个周期内电气 量的正弦波分量,它的频率是基波 频率的整倍数。
(1.1)
式中 -----一个频率为 的周 期函数,其角频率 ,周期 ;
------基波分量;
----第h次 谐波，幅值 为 ，频率为 ，相位为
傅立叶级数的 系数由下式给出：
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
1.1.3 电力系统谐波的特性
一、对称性
（1）奇数对称的主要特性在于 ，其展开是傅立叶级数 时候不存在余弦项。
（2）偶数对称性的主要特性在于 ，其展开是傅立叶级数时不存在 正弦项但是存在余弦项。
（3）半波对称的主要特性在于 ，其不存在任何的直流分量 同时存在的 偶次谐波（2，4，6，）都会被抵消，而电力系统组成是双相对称的元件，这些元件下所产生的电流跟电压是半波对称的，因此，在这样的情况之下，是不需要考虑电力系统中的偶次谐波的。
二、相序性
若在一个三相系统中，它的各相之间处于平衡的关系，这种情况下的单频率谐波分量只能是一下三种情况：全部正序、全部负序、全部零序。这种情况可以在相电压的傅立叶级数展开式中表现出来。
(1.7)
(1.8)
(1.9)
相电压的总有效值为
(1.10)
如假设是星形联结，则
(1.11)
这些数据可以看出在线电压 中3倍数次的时候，没有谐波产生。因此线电压的有效数值为
(1.12)
考察上述结果显示：
（1）基波以及4次、7次、谐波是正序的。
（2）2次、5次、8次、谐波是负序的。
（3）3倍数次（3次、6次、9次、）谐波是零序的。
关于谐波相序的结构，还要注意两点：
（1）若在谐波存在的情况下，哪怕整个系统处于平衡状态下，负序和零序电流是依旧存在的。
（2）由上述公式中，可以看出在平衡的3倍数次 谐波时，电流是零序的，在这种情况下，不能将其接入到三角形联结 电路中或者是中性点不接地的星形联结电路中。
三、独立性
在一个平衡的电力系统中，它的线性网络对不同 谐波间产生的响应是不一样的，是相互独立存在的，这就导致我们必须对其每个谐波都要分别处理，即在每一个谐波中分别建立等效的电路，同时将其电流以及电压分别求出来便可以了，最后将全部的谐波分量都叠加起来就可以得到总的响应了 [5]。
（1）破坏测量和计 量仪器的准确度。
（2）谐波对旋转 电机的影响。
（3）谐波造成供 电变压器的损坏。谐波电流不仅仅会造成变压器绕组上面的附加损耗，同时也会造成电压器的外层部件发热现象发生，有时候还会造成局部温度过高的现象发生。使我们的变压器产生很大的噪 声增，严重情况下，还会导致变压器的损坏。
2.2.1 单调谐滤波器
1 引言 1
1.1 论文选题背景 1
1.2 谐波治理技术 4
1.3 国内外研究现状及发展趋势 6
1.4 本课题的主要工作 7
2 无源滤波器参数设计方法和研究 7
2.1 无源滤波器的原理 7
2.2 无源滤波器的分类 8
2.3 晶闸管投切滤波装置介绍 11
2.4 无源滤波系统的参数设计方法 12
2.5 无源滤波系统的参数计算 15
3 基于PSIM 的无功补偿的仿真 25
3.1 PSIM仿真软件介绍 25
3.2 PSIM的基本操作步骤 25
3.3 PSIM软件仿真 25
4 基于 MATLAB 的频率扫描仿真 29
4.1 MATLAB仿真软件介绍 29
4.2 MATLAB仿真目的 29
4.3 MATLAB软件仿真 30
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
1 引言
1.1 论文选题背景
目前，在理想情况之下，在电力系统正常工作期间，其为用户供电的时候，都是以额定频率以及额定电压传输的[1]。然而，在实际生活当中，因为每户电器电子设备使用量较多且其负荷变化不断，所以不能够保证其一直是以额定频率和额定电压为用户供电，加之大部分的电力电子设备的功率还是较低的，这些都是导致配电网功率因素低以及大部分谐波电流现象发生的主要原因，而这些现象的发生给用户和供电系统带来很大的困扰[2]。除此之外，还有三大因素影响电力系统的运行，分别是：除电流和电压的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
三相对称平衡状况、波形畸变情况和由于负荷急变造成的电压闪变，在情况不严重的时候，只会对用电效率产生一些影响，但在情况严重的时候，是会威胁到用户用电安全的[3]。
1.1.1 谐波产生的原因
早在20世纪20-30年代时，人们便对其有了一定的研究，起初主要是由于人们发现电网电压与电流波形出现畸形，而这些现象的出现主要是由于静止汞弧变流器的使用。在20世纪四十年代，出现了关于谐波研究的经典论文，其作者是J.C.Read，当时他发表的是关于汞弧变流器谐波论文。20世纪50年代 -60年代，E.WKimbark对谐波做出了较为详细的总结[4]。由于科技水平不断的提升，电力电子技术也随之提高，这样也就导致其产生谐波的概率上升，给人们生活造成很大的困扰。
谐波产生的主要原因是当其工作时，与电网相连时各种非线性负载的出现产生的。在电力系统中主要的谐波源有一下几种：
（1）气体放电照明灯具；
（2）电力变压器 的非线性励磁；
（3）旋转电动机引起的谐波；
（4）电弧炉等引起的波形畸变；
（5）三相电压或电流 不对称性负载；
（6）各种电力电子装置；
电力电子在日常生活中运用广泛，其发展也是日趋渐进，技术的提高使其装置容量也不断的增大，所以谐波产生的情况也就随之增多，这些都是导致电力系统产生的主要污染源。
1.1.2 谐波的表示法
谐波主要是一个周期内电气 量的正弦波分量,它的频率是基波 频率的整倍数。
(1.1)
式中 -----一个频率为 的周 期函数,其角频率 ,周期 ;
------基波分量;
----第h次 谐波，幅值 为 ，频率为 ，相位为
傅立叶级数的 系数由下式给出：
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
1.1.3 电力系统谐波的特性
一、对称性
（1）奇数对称的主要特性在于 ，其展开是傅立叶级数 时候不存在余弦项。
（2）偶数对称性的主要特性在于 ，其展开是傅立叶级数时不存在 正弦项但是存在余弦项。
（3）半波对称的主要特性在于 ，其不存在任何的直流分量 同时存在的 偶次谐波（2，4，6，）都会被抵消，而电力系统组成是双相对称的元件，这些元件下所产生的电流跟电压是半波对称的，因此，在这样的情况之下，是不需要考虑电力系统中的偶次谐波的。
二、相序性
若在一个三相系统中，它的各相之间处于平衡的关系，这种情况下的单频率谐波分量只能是一下三种情况：全部正序、全部负序、全部零序。这种情况可以在相电压的傅立叶级数展开式中表现出来。
(1.7)
(1.8)
(1.9)
相电压的总有效值为
(1.10)
如假设是星形联结，则
(1.11)
这些数据可以看出在线电压 中3倍数次的时候，没有谐波产生。因此线电压的有效数值为
(1.12)
考察上述结果显示：
（1）基波以及4次、7次、谐波是正序的。
（2）2次、5次、8次、谐波是负序的。
（3）3倍数次（3次、6次、9次、）谐波是零序的。
关于谐波相序的结构，还要注意两点：
（1）若在谐波存在的情况下，哪怕整个系统处于平衡状态下，负序和零序电流是依旧存在的。
（2）由上述公式中，可以看出在平衡的3倍数次 谐波时，电流是零序的，在这种情况下，不能将其接入到三角形联结 电路中或者是中性点不接地的星形联结电路中。
三、独立性
在一个平衡的电力系统中，它的线性网络对不同 谐波间产生的响应是不一样的，是相互独立存在的，这就导致我们必须对其每个谐波都要分别处理，即在每一个谐波中分别建立等效的电路，同时将其电流以及电压分别求出来便可以了，最后将全部的谐波分量都叠加起来就可以得到总的响应了 [5]。
（1）破坏测量和计 量仪器的准确度。
（2）谐波对旋转 电机的影响。
（3）谐波造成供 电变压器的损坏。谐波电流不仅仅会造成变压器绕组上面的附加损耗，同时也会造成电压器的外层部件发热现象发生，有时候还会造成局部温度过高的现象发生。使我们的变压器产生很大的噪 声增，严重情况下，还会导致变压器的损坏。
2.2.1 单调谐滤波器
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