基于可控电抗器的单调谐滤波器的研究与设计

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1、南京理工大学硕士学位论文基于可控电抗器的单调谐滤波器的研究与设计姓名：时芳申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：黄锦安;康明才20060615硕士论文基于可控电抗器的单调谐滤波器的研究与设计摘要随着大量具有非线性特征的电力设备如电力机车、电弧炉、变频设备等投入电网运行，谐波污染变得越来越严重。传统的无源滤波器即ＬＣ滤波器具有结构简单，运行可靠性较高，运行费用较低等优点，而且它既可以补偿谐波，又可以补偿无功功率，在国内一直被广泛使用。但是无源滤波器的滤波效果依赖于系统阻抗特性，并且容易受到网络上谐波污染程度、温度漂移、滤波电容老化以

2、及非线性负荷变化等因素的影响，甚至造成谐波电流放大，这些存在的问题严重影响了无源滤波器的性能。本文研究并设计了一种基于可控电抗器的单调谐滤波器，可用于对单次谐波如３次、５次或７次谐波的滤除。该滤波器弥补了传统无源滤波器的不足，能够跟踪谐波并抑制谐波放大。其核心思想是利用可控电抗器连续调节电感量从而保持滤波器在谐振点附近工作。本文利用ＤＳＰ处理器１ＭＳ３２０ｖＣ５４０２实现可控电抗器的连续可调。该设计分为强电、弱电两部分。强电部分包括大电压大电流的隔离变换部分以及调谐滤波器的设计部分；弱电部分采用ＤＳＰ为主控元件实现，它主要由数据采集模块

3、、分析处理模块和对外控制模块构成。本文通过整流电路，对所设计的可控单调谐滤波器的滤波效果进行验证。’关键词：谐波，单调谐滤波器，可控电抗器，ＤＳＰ声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：＆茸釜Ⅻ６年了月圭日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存木学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的

4、部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理：研究生签名：犀立盘】∞６年了月；日硕士论文基于可控电抗器的单调谐滤波器的研究与设计第１章绪论１．１本文选题背景与研究意义随着电力电子技术的发展，大量的电力电子装置投入电网运行，如整流电路、交流变频传动和高压直流输电系统等。传统的电力电子装置属典型的非线性设备，这些设备的挂网运行将在电力系统中产生严重的谐波污染，不仅在输配电和用电系统中引起额外的电能损耗，降低输配电设备的运行效率，使电能质量下降，还影响

5、用电设备的安全经济运行，增加对通讯等系统的干扰。所以，高次谐波被视为电力系统的“污染”和“公害”。总之，谐波问题以及谐波的治理问题随着电力系统的发展愈来愈引起广泛的关注。通常的谐波源可分为：（１）电力电子装置，包括变速传动装置、整流器、开关电源和晶闸管控制系统等。（２）电弧装置，包括电弧炉、荧光灯和水银灯等。（３）饱和设备，包括变压器、电动机和发电机等。对电力系统来说，电力谐波的危害主要表现在以下几个方面：（１）增加输、供和用电设备的额外损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益。（２）影响继电保护和自动装置的工作可靠性。特别对

6、于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或者拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，由此容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。（３）对通讯系统工作产生干扰。电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时，会在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度，甚至在极端的情况下，还会威胁着通信设备和人员的安全。（４）对用电设备产生影响。电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过高，使计算机及数据处理系统出现错误，严重时甚至损害机器。

7、此外，电力谐波还会使测量和计量仪器的指示不准确，并对整流装置等产生不良影响，它已经成为当前电力系统中影响电能质量的一大公害。为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的：另一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为１，这只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。绪论硕士论文装设谐波补偿装置的传统方法就是ＬＣ调谐滤波器。这种方法既可以补偿谐波，又可以补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态的影响

8、，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使ＬＣ滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。尽管如此，ＬＣ滤波器仍是补偿谐波的最主要的手段［１】。一方面，以电力电子装置为代表的非线性