基本信息
- 項目名稱：
- 電網(wǎng)電能質(zhì)量控制裝置的研制
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對目前電網(wǎng)中，有源注入式濾波器（APF）被公認為是治理諧波的最有效的手段，但是其檢測與控制方法在實踐方面還不夠完善的現(xiàn)狀，作品研制了完整的APF樣機；提出了新的諧波電流檢測算法及控制算法，并創(chuàng)新性地設(shè)計了諧波電源。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應(yīng)用前景。
- 詳細介紹：
- 本作品所研究的內(nèi)容和及其特點主要如下： （1）針對目前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中實現(xiàn)，相比其他文獻中單元化的局部算法仿真更具有完整性和精確性； （2）同時，本作品研制了完整的APF樣機，在此樣機上不僅可以驗證本作品所提出的檢測控制算法，還可以方便地應(yīng)用于其他APF檢測控制算法上，從而方便算法更新和系統(tǒng)升級； （3）在諧波檢測方面，本作品比較了各種諧波檢測方法，提出了一種基于坐標變換的離散傅里葉（DFT）滑窗迭代諧波電流檢測算法，通過仿真驗證相比其他算法具有檢測速度快、跟隨誤差小的特點； （4）在諧波電流補償輸出的控制算法上，在實際應(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開關(guān)頻率高，對系統(tǒng)補償反而不利，針對這種現(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)計了一種專用的諧波電源，作為本作品的創(chuàng)新設(shè)計，它可以產(chǎn)生任意次所需要的諧波電流作為APF的補償對象，來驗證APF的算法性能。這樣大大地方便了APF樣機研發(fā)，縮短了開發(fā)周期。所設(shè)計的諧波電源具有完全的獨立性，與電網(wǎng)完全隔離而不對鄰近的設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾的優(yōu)點。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 針對目前有源注入式濾波器（APF）檢測與控制方法在實踐方面還不夠完善的現(xiàn)狀，研制了完整的APF樣機；在諧波檢測上，提出了一種基于坐標變換的離散傅里葉（DFT）滑窗迭代諧波電流檢測算法；針對輸出的諧波毛刺較大，IGBT開關(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，在負載回路中產(chǎn)生諧波電流來模擬電網(wǎng)作為APF的補償對象。這種仿制污染電網(wǎng)的諧波電源對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。
科學性、先進性
- 在目前電網(wǎng)中，相對固定無源濾波器而言有源注入式濾波器（APF）被公認為是治理諧波的最有效的手段，但是其檢測與控制方法在實踐方面還不夠完善。作品研制了完整的APF樣機；提出了新的諧波電流檢測算法及復(fù)合諧波電流控制算法，并創(chuàng)新性地設(shè)計了諧波電源。作品具有一定的創(chuàng)新性，先進性。具有一定的市場前景。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 目前正在申報遼寧省鑒定
作品所處階段
- 已完成樣機的制作，目前正在調(diào)試，希望進一步完善作品！
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 希望找到合適的企業(yè)進行進一步技術(shù)合作，并提供必要資金，開發(fā)產(chǎn)品！
作品可展示的形式
- 實物（樣機）演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 作品針對目前有源注入式濾波器（APF）檢測與控制方法在實踐方面還不夠完善的現(xiàn)狀，研制了完整的APF樣機；在諧波檢測上，提出了一種基于坐標變換的離散傅里葉（DFT）滑窗迭代諧波電流檢測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)自動化等領(lǐng)域，有廣闊的市場前景，如能產(chǎn)品化并投入實際使用，能有效的抑制電網(wǎng)諧波，提高電網(wǎng)運行效率。
同類課題研究水平概述
- 諧波問題是當今電力電子領(lǐng)域中研究的熱點問題。1976年，L.Gyugyi最早提出并確立了有源電力濾波器的概念，設(shè)計了PWM控制大功率晶閘管逆變器構(gòu)成的APF。受限于當時電力電子基礎(chǔ)水平的發(fā)展，全控型器件的功率較小、控制頻率低，APF的實現(xiàn)研究僅限于實驗室水平。 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無功功率理論來檢測三相系統(tǒng)中電流諧波的檢測。當時電力電子技術(shù)取得了長足發(fā)展，各種新型大功率快速的電力電子器件問世，如：GTR、GTO等?？刂评碚?、計算機控制技術(shù)、數(shù)字信號處理方面的技術(shù)突破極大推動了APF的實用化進程。 APF被公認為是改善供電質(zhì)量的最有效的設(shè)備。目前西方發(fā)達資本主義國家如美國、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)水平也處于國際領(lǐng)先，作為APF行業(yè)的走在最前列的國家，其APF設(shè)備諧波補償?shù)拇螖?shù)也逐漸提高，補償次數(shù)可達25次諧波，并且單機最大容量達到50MVA。應(yīng)用領(lǐng)域的走向大有“星星之火，可以燎原”之勢，從小規(guī)模的用戶端補償覆蓋到整個電力系統(tǒng)的補償。 我國對有源電力濾波器的研究開始于80年代末，國內(nèi)陸續(xù)出版了一些這方面的專著，目前對APF的研究還主要停留在高校的實驗樣機水平上，距離工業(yè)化產(chǎn)品還有一定距離。進入新世紀以來，隨著國民經(jīng)濟的日益發(fā)展，人們的生活水平提高各種用電負荷的加大，有源電力濾波器的市場逐漸升溫，出現(xiàn)了一些專業(yè)設(shè)計諧波抑制產(chǎn)品的公司。 從2003年起，我國的低壓APF市場逐漸出現(xiàn)了一些系列化的商業(yè)產(chǎn)品，除了國外ABB、西門子等公司的低壓APF產(chǎn)品外，國內(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發(fā)了一些低壓APF產(chǎn)品。 從技術(shù)角度上來講，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)試時間，但是局限性是顯而易見的，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)場對產(chǎn)品升級。當然，目前也有數(shù)字化的APF應(yīng)用于市場，但是其諧波控制算法上基本采用滯緩比較的算法，這樣的算法輸出開關(guān)毛刺較大，一定程度上影響了APF的補償效果，降低了產(chǎn)品所帶來的經(jīng)濟效益。
