有源電力濾波器設(shè)計(jì)有源電力濾波器設(shè)計(jì)PAGE10PAGE11綜述隨著大容量電力電子裝置在高壓交流電力系統(tǒng)中日益廣泛的應(yīng)用，諧波和無功等問題嚴(yán)重地威脅著系統(tǒng)自身的安全穩(wěn)定運(yùn)行。針對10~35kV高壓交流電力系統(tǒng)，國內(nèi)外目前主要采用無源電力濾波器來抑制諧波并補(bǔ)償無功功率。無源電力濾波器具有諸多的缺陷，難以達(dá)到理想的性能。受功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的約束，有源電力濾波器常規(guī)方案的應(yīng)用限制在低壓交流電力系統(tǒng)。提出一種基于基波磁通補(bǔ)償?shù)拇?lián)型有源電力濾波器新原理，通過電力電子變換器的控制，使串聯(lián)變壓器對基波呈現(xiàn)很小的一次側(cè)漏阻抗，對諧波呈現(xiàn)很大的勵(lì)磁阻抗。通過電力電子變換器的控制，變壓器一次側(cè)呈現(xiàn)連續(xù)無極可調(diào)的電抗。借鑒基波磁通補(bǔ)償理論及磁通可控的可調(diào)電抗器原理，根據(jù)串并聯(lián)的對偶特性，本文提出一種新型的基于阻抗可控的并聯(lián)混合型有源電力濾波器。在電力電子變換器的控制下，變壓器對諧波電流呈現(xiàn)近似為零的低阻抗，從而輸導(dǎo)電力系統(tǒng)中的諧波電流，同時(shí)對基波電流呈現(xiàn)連續(xù)無極可調(diào)的電抗，與無源電力濾波器相結(jié)合，實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率。通過變壓器隔離降壓，確保該濾波器安全、可靠、穩(wěn)定地工作。1工作原理1.1變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其一次側(cè)AX與二次側(cè)ax的匝數(shù)分別為W1、W2，變比k=W1/W2，一次側(cè)與二次側(cè)的互感為M。一次側(cè)繞組的電阻為r1，自感為L11。變壓器采用非晶態(tài)合金鐵心，為了確保變壓器工作在B-H曲線的線性區(qū)，鐵心開有氣隙。利用電壓型逆變器向變壓器二次側(cè)繞組中注入補(bǔ)償電流i2且滿足i2=-α*∑i1(n)-β*i1(1)式中：α為諧波補(bǔ)償系數(shù)；∑i1(n)為實(shí)時(shí)檢測的變壓器一次側(cè)諧波電流；β為基波補(bǔ)償系數(shù)；i1(1)為實(shí)時(shí)檢測的變壓器一次側(cè)基波電流。1.2諧波抑制原理從AX端看，變壓器n次諧波電壓方程為ù1(n)=（r1+jWnL11）/ì1(n)+jWnMì2(n)若α滿足諧波補(bǔ)償條件α=L11/M則從AX端看，變壓器對諧波電流的等效阻抗為ZAX(n)=ù1(n)/ì1(n)=r1通常r1可忽略，因此，在滿足諧波補(bǔ)償條件時(shí)，變壓器對諧波電流呈現(xiàn)近似為零的低阻抗。諧波等效電路如圖2所示。高壓交流電力系統(tǒng)的系統(tǒng)阻抗相對較大，由于變壓器在電力電子變換器的控制下能夠?qū)χC波電流呈現(xiàn)近似為零的低阻抗，因而對高壓交流電力系統(tǒng)的諧波電流具有很好的抑制能力。1.3無功功率補(bǔ)償原理從AX端看，變壓器基波電壓方程為ù1(1)=（r1+jW1L11）/ì1(1)+jW1Mì2(1)由于r1可忽略，從AX端看，變壓器對基波電流的等效電抗為XAX(1)=ù1(1)/ì1(1)=W1（L11-βM）變壓器對基波電流的等效電抗與基波補(bǔ)償系數(shù)β的關(guān)系如圖3所示。由圖3可見，通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)基波補(bǔ)償系數(shù)β的大小，可以使得變壓器對基波電流呈現(xiàn)連續(xù)無極可調(diào)的電抗，與無源電力濾波器相結(jié)合，能夠?qū)崟r(shí)地補(bǔ)償高壓交流電力系統(tǒng)的無功功率。2實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)2.1主電路結(jié)構(gòu)圖4為基于阻抗可控的并聯(lián)混合型有源電力濾波器的實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖。主電路中，US為系統(tǒng)電壓，ZS為系統(tǒng)阻抗。T為線性變壓器，與諧波源及無源電力濾波器相并聯(lián)。Lf為逆變器輸出電感，在變壓器漏感較大的情況下，Lf可省去。為了確保逆變器對指令電流的實(shí)時(shí)跟蹤，采用IGBT作為功率半導(dǎo)體開關(guān)器件。Ud為逆變器直流母線電壓。L與C為無源電力濾波器的電感與電容，無源電力濾波器主要功能為補(bǔ)償容性無功電流，兼濾除部分諧波電流。諧波源為帶阻感負(fù)載的二極管全橋不控整流器。2.2控制電路結(jié)構(gòu)控制電路包括指令電流運(yùn)算和補(bǔ)償電流控制2部分。指令電流運(yùn)算單元實(shí)時(shí)檢測變壓器一次側(cè)的電流，根據(jù)電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償?shù)囊?，得到變壓器二次?cè)補(bǔ)償電流的指令信號。補(bǔ)償電流控制單元將指令電流信號與反饋電流信號相比較，其誤差通過PI調(diào)節(jié)器，再與三角載波信號比較，得到PWM信號，驅(qū)動逆變器中的IGBT開關(guān)。提出一種指令電流運(yùn)算方法如圖5所示。其中，i1（t）=∑Incos(nwt+ψn)，(low-passfilter,LPF)為低通濾波器，用于提取信號的直流分量，Amsin(ωt+ψ)與Amcos(ωt+ψ)為控制電路產(chǎn)生的幅值實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、與電網(wǎng)同頻率、相位任意的正余弦，ic*為補(bǔ)償電流的指令信號。一次側(cè)電流與余弦信號相乘，得到i1（t）*Amcos(wt+ψ)=（Am／2）∑In{cos[(n+1)wt+ψ+ψn]+cos[(n-1)wt+ψn-ψ]}經(jīng)過LPF得到直流分量（Am／2）I1cos(ψ1-ψ)再與余弦信號相乘，得到i1p，（Am2／2）I1cos(wt+ψ)cos(ψ1-ψ)=（Am2／4）I1[cos(wt+ψ1)+cos(wt+2ψ-ψ1)]一次側(cè)電流與正弦信號相乘，得到i1（t）*Amsin(wt+ψ)=（Am／2）∑In{sin[(n+1)wt+ψ+ψn]-sin[(n-1)wt+ψn-ψ]}經(jīng)過LPF得到直流分量（-Am2／2）I1sin(ψ1-ψ)再與正弦信號相乘，得到i1p，（-Am2／2）I1sin(wt+ψ)sin(ψ1-ψ)=（Am2／4）I1[cos(wt+ψ1)-cos(wt+2ψ-ψ1)]由式(8)與(10)可以得到指令電流ic*=-L11／M（i1-i1p，-i1q,）=-L11／M[(1-Am2／2)I1[cos(wt+ψ1)+∑Incos(nwt+ψn)]=-L11／M[∑i1(n)+(1-Am2／2)i1(n)]比較式(1)、(3)與(11)可知，指令電流滿足諧波補(bǔ)償條件。通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)正余弦信號的幅值A(chǔ)m，可實(shí)時(shí)改變基波補(bǔ)償系數(shù)β的大小。Am與β的關(guān)系為Am=3實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析為了證明上述理論分析的正確性，根據(jù)圖4所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置。系統(tǒng)電壓為110V，系統(tǒng)側(cè)串聯(lián)5mH的電感。變壓器的變比為1：1，一次側(cè)繞組的自感為92mH，一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組的互感為91.69mH，二次側(cè)繞組的自感為92mH，諧波補(bǔ)償系數(shù)α=1.0033。無源電力濾波器參數(shù)為L=14.11mH，C=240μF。半導(dǎo)體開關(guān)器件為SEMIKRON公司的NPN型IGBTSKM300GB123D。采用TDS2021型數(shù)字示波器記錄了實(shí)驗(yàn)波形，并采用了2533E型交流數(shù)字功率計(jì)測量了各種工況下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)分6種工況進(jìn)行。工況1。不加任何濾波器，此時(shí)系統(tǒng)電壓電流的波形如圖6所示。（2）工況2。為了驗(yàn)證諧波抑制原理的正確性，只加有源電力濾波器，基波補(bǔ)償系數(shù)β=0，此時(shí)系統(tǒng)電壓電流的波形如圖7所示。工況3。只加無源電力濾波器，此時(shí)系統(tǒng)電壓電流的波形如圖8所示。（4）工況4。同時(shí)加無源和有源電力濾波器，基波補(bǔ)償系數(shù)β=0，此時(shí)系統(tǒng)電壓電流的波形如圖9(a)所示。（5）工況5。同時(shí)加無源和有源電力濾波器，基波補(bǔ)償系數(shù)β=0.51，此時(shí)系統(tǒng)電壓電流的波形如圖9(b)所示。（6）工況6。為了更加明顯地驗(yàn)證無功功率補(bǔ)償原理的有效性，同時(shí)加無源和有源電力濾波器，將基波補(bǔ)償系數(shù)β提高到0.75，此時(shí)系統(tǒng)電壓電流的波形如圖9(c)所示。對以上6種工況下的系統(tǒng)電流波形進(jìn)行了傅里葉分析。6種工況下的系統(tǒng)電流總諧波畸變率和系統(tǒng)功率因數(shù)如表1所示。從以上分析可見，該濾波器不僅能夠有效地抑制諧波，通過調(diào)節(jié)基波補(bǔ)償系數(shù)，還能夠補(bǔ)償無功功率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相一致。表16種工況下系統(tǒng)功率因數(shù)及電流總諧波畸變率此原理用于三相交流電力系統(tǒng)時(shí)，為了適用于負(fù)載不平衡等復(fù)雜的工況(如：27.5kV鐵道牽引系統(tǒng))，可采用3個(gè)獨(dú)立的單相變壓器和單相逆變器的電路結(jié)構(gòu)；用于高壓交流電力系統(tǒng)時(shí)，由于系統(tǒng)的容量很大，為了提高有源電力濾波器的容量，變壓器需采用二次側(cè)多補(bǔ)償繞組的結(jié)構(gòu)。課程設(shè)計(jì)體會通過本次的課程設(shè)計(jì)，我有了很大的收獲。由于諧波對電網(wǎng)的影響使我們的一些實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果失真。通過本次的設(shè)計(jì)，我了解了作為一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，APF能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?？梢砸种聘叽沃C波對電網(wǎng)及設(shè)備的影響。通過本次的設(shè)計(jì)，我不僅鞏固了書本上的知識，對其加深了解，更鍛煉了我的動手能力。使我能夠在進(jìn)入社會之前有一次很好的鍛煉機(jī)會。在將來踏出學(xué)園后不是一個(gè)只會紙上談兵的大學(xué)生。做一個(gè)可以實(shí)戰(zhàn)型的選手。讓我對電力電子這門課程有了更大的興趣，激發(fā)了我繼續(xù)研究的興趣。我會在接下來的專業(yè)課程學(xué)習(xí)中更加的努力學(xué)習(xí)，爭取取得更大的收獲。不斷豐富自己的專業(yè)知識，武裝自己的頭腦。在此我還要感謝那些在此次設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，如果沒有他們的幫助就不能順利的完成此次設(shè)計(jì)。參考文獻(x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生產(chǎn)車間工作流程一、目的1）更好的使生產(chǎn)車間員工及新員工了解工作，熟悉工作內(nèi)容。2）確保產(chǎn)品符合規(guī)定要求的同時(shí)能準(zhǔn)時(shí)完成各項(xiàng)工程。3）規(guī)范生產(chǎn)車間工作及人員配置。二、適用范圍適用于本公司生產(chǎn)車間三、定義1）加工流程：生產(chǎn)車間接到生產(chǎn)任務(wù)后，從領(lǐng)料加工到加工完成入庫的一個(gè)加工過程。2）檢驗(yàn)流程：生產(chǎn)車間接到供應(yīng)到貨報(bào)驗(yàn)單（外協(xié)件/外購件）后，從領(lǐng)料試驗(yàn)到試驗(yàn)完成入庫的一個(gè)檢驗(yàn)過程。四、流程明細(xì)1、加工流程①生產(chǎn)計(jì)劃接到供應(yīng)部門下達(dá)的業(yè)務(wù)訂單及研發(fā)聯(lián)系單，根據(jù)訂單要求、生產(chǎn)能力、設(shè)備狀況下達(dá)的生產(chǎn)加工任務(wù)單及加工圖紙到各個(gè)班組。訂單中特殊產(chǎn)品安排外協(xié)加工。②班組接到生產(chǎn)加工任務(wù)單后結(jié)合圖紙到半成品/產(chǎn)成品領(lǐng)料并簽字確認(rèn)。③各班組長根據(jù)生產(chǎn)能力、設(shè)備狀況、物料狀況安排生產(chǎn)加工，操作工根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書、圖紙、進(jìn)行加工，加工首檢需檢驗(yàn)檢查各個(gè)后進(jìn)行批量加工。（加工記錄、試驗(yàn)記錄，首檢各個(gè)確認(rèn)記錄）④批量加工過程檢驗(yàn)巡檢，加工完成操作工自檢。（巡檢記錄、自檢記錄）⑤加工完成檢驗(yàn)進(jìn)行終檢，終檢合格憑生產(chǎn)加工單移交半成品/產(chǎn)成品并簽字確認(rèn)。（終檢記錄、試驗(yàn)記錄）⑥生產(chǎn)過程檢驗(yàn)首檢、巡檢、終檢、操作工自檢出現(xiàn)的不合格品先隔離，等待檢驗(yàn)處理（報(bào)廢、待定、翻修）2、外協(xié)件/外購件檢驗(yàn)流程①檢驗(yàn)班組接到供應(yīng)部開具的到貨報(bào)驗(yàn)單后（外協(xié)件/外購件），檢驗(yàn)組組長根據(jù)到貨數(shù)量、檢驗(yàn)?zāi)芰?、設(shè)備狀況下達(dá)檢驗(yàn)加工單。②檢驗(yàn)人員依據(jù)加工單、作業(yè)指導(dǎo)書、進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)。（檢驗(yàn)記錄）③檢驗(yàn)合格后憑生產(chǎn)加工單移交半成品/產(chǎn)成品并簽字確認(rèn)。④檢驗(yàn)、試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的不合格品先進(jìn)行標(biāo)記，再隔離放置；然后進(jìn)行不合格品的臺賬登記，最后出不合格品質(zhì)量報(bào)告給外協(xié)外購的廠家，把不合格品退還給廠家。生產(chǎn)車間工作職責(zé)按照綜合計(jì)劃部下達(dá)的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，將生產(chǎn)任務(wù)分解到班組，并監(jiān)督其按計(jì)劃實(shí)施，隨時(shí)掌握生產(chǎn)進(jìn)度，保質(zhì)、保量、按時(shí)、安全地完成各項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃、新產(chǎn)品試制計(jì)劃；對綜合計(jì)劃部下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃應(yīng)做好合理安排，做好生產(chǎn)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，組織原材料、配件、半成品、成品、輔助材料等資源，并協(xié)調(diào)設(shè)備、場地等，保證生產(chǎn)任務(wù)的完成。負(fù)責(zé)車間區(qū)域內(nèi)的6S現(xiàn)場管理工作，保證各班組的“6S”管理符合要求，創(chuàng)建生產(chǎn)環(huán)境清潔、設(shè)備完好、物流有序、文明安全的生產(chǎn)車間和人人有事做，事事有人管的氛圍；負(fù)責(zé)車間各班組的設(shè)備管理，教育職工愛護(hù)生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)施，不私自動用其他崗位的設(shè)備、設(shè)施，確保操作人員按操作規(guī)程操作、保養(yǎng)、保管、封存、啟封等，保持設(shè)備、設(shè)施的完好率；貫徹執(zhí)行公司的成本控制目標(biāo)，加強(qiáng)對原材料使用的控制（嚴(yán)格執(zhí)行物流配套部物料發(fā)放制度、負(fù)責(zé)生產(chǎn)車間物料進(jìn)出的監(jiān)督與管理）；對各車間用水、電、氣的使用情況進(jìn)行監(jiān)控，杜絕浪費(fèi)。確保在提高質(zhì)量、保證質(zhì)量的前提下不斷降低生產(chǎn)成本；嚴(yán)格按照產(chǎn)品的技術(shù)文件、工藝文件組織生產(chǎn)，做好過程質(zhì)量控制工作，不合格品不投產(chǎn)、不轉(zhuǎn)下工序，確保產(chǎn)品質(zhì)量。負(fù)責(zé)本車間出勤、工時(shí)、原材料、輔助