基本信息
- 项目名称：
- 电网电能质量控制装置的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对目前电网中，有源注入式滤波器（APF）被公认为是治理谐波的最有效的手段，但是其检测与控制方法在实践方面还不够完善的现状，作品研制了完整的APF样机；提出了新的谐波电流检测算法及控制算法，并创新性地设计了谐波电源。大大提高了系统的鲁棒性、抗干扰性和精确性。作品具有广阔的市场应用前景。
- 详细介绍：
- 本作品所研究的内容和及其特点主要如下： （1）针对目前APF系统尚未有完整的系统仿真的情况，本作品设计了APF完整的系统仿真模型，并且仿真的代码可方便地移植到DSP中实现，相比其他文献中单元化的局部算法仿真更具有完整性和精确性； （2）同时，本作品研制了完整的APF样机，在此样机上不仅可以验证本作品所提出的检测控制算法，还可以方便地应用于其他APF检测控制算法上，从而方便算法更新和系统升级； （3）在谐波检测方面，本作品比较了各种谐波检测方法，提出了一种基于坐标变换的离散傅里叶（DFT）滑窗迭代谐波电流检测算法，通过仿真验证相比其他算法具有检测速度快、跟随误差小的特点； （4）在谐波电流补偿输出的控制算法上，在实际应用中谐波电流滞环比较的方法用的比较多，但是输出的谐波毛刺较大，IGBT开关频率高，对系统补偿反而不利，针对这种现象本作品总结出了基于递推积分PI和离散滑模变结构控制的复合谐波电流控制算法，这样的算法降低了APF系统的开关毛刺，并且提高了系统的鲁棒性、抗干扰性和精确性。 （5）本作品还设计了一种专用的谐波电源，作为本作品的创新设计，它可以产生任意次所需要的谐波电流作为APF的补偿对象，来验证APF的算法性能。这样大大地方便了APF样机研发，缩短了开发周期。所设计的谐波电源具有完全的独立性，与电网完全隔离而不对邻近的设备产生谐波干扰的优点。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 针对目前有源注入式滤波器（APF）检测与控制方法在实践方面还不够完善的现状，研制了完整的APF样机；在谐波检测上，提出了一种基于坐标变换的离散傅里叶（DFT）滑窗迭代谐波电流检测算法；针对输出的谐波毛刺较大，IGBT开关频率高的现象总结出了基于递推积分PI和离散滑模变结构控制的复合谐波电流控制算法，大大提高了系统的鲁棒性、抗干扰性和精确性。最后设计了能产生任意次所需要的谐波电流的谐波电源。它将基波正弦函数和各种谐波函数合成，并采用SPWM调制方法控制逆变器输出谐波电压，在负载回路中产生谐波电流来模拟电网作为APF的补偿对象。这种仿制污染电网的谐波电源对APF的研发起着至关重要的作用，它大大缩短了APF的研发周期。
科学性、先进性
- 在目前电网中，相对固定无源滤波器而言有源注入式滤波器（APF）被公认为是治理谐波的最有效的手段，但是其检测与控制方法在实践方面还不够完善。作品研制了完整的APF样机；提出了新的谐波电流检测算法及复合谐波电流控制算法，并创新性地设计了谐波电源。作品具有一定的创新性，先进性。具有一定的市场前景。
获奖情况及鉴定结果
- 目前正在申报辽宁省鉴定
作品所处阶段
- 已完成样机的制作，目前正在调试，希望进一步完善作品！
技术转让方式
- 希望找到合适的企业进行进一步技术合作，并提供必要资金，开发产品！
作品可展示的形式
- 实物（样机）演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品针对目前有源注入式滤波器（APF）检测与控制方法在实践方面还不够完善的现状，研制了完整的APF样机；在谐波检测上，提出了一种基于坐标变换的离散傅里叶（DFT）滑窗迭代谐波电流检测算法和基于递推积分PI和离散滑模变结构控制的复合谐波电流控制算法，大大提高了系统的鲁棒性、抗干扰性和精确性。 作品可广泛适用于电力系统生产自动化等领域，有广阔的市场前景，如能产品化并投入实际使用，能有效的抑制电网谐波，提高电网运行效率。
同类课题研究水平概述
- 谐波问题是当今电力电子领域中研究的热点问题。1976年，L.Gyugyi最早提出并确立了有源电力滤波器的概念，设计了PWM控制大功率晶闸管逆变器构成的APF。受限于当时电力电子基础水平的发展，全控型器件的功率较小、控制频率低，APF的实现研究仅限于实验室水平。 历经几十年的发展，有源电力滤波器的研究取得大量发展。1983年，日本人提出了三相电路瞬时无功功率理论来检测三相系统中电流谐波的检测。当时电力电子技术取得了长足发展，各种新型大功率快速的电力电子器件问世，如：GTR、GTO等。控制理论、计算机控制技术、数字信号处理方面的技术突破极大推动了APF的实用化进程。 APF被公认为是改善供电质量的最有效的设备。目前西方发达资本主义国家如美国、日本在APF的工程应用推广上投入了很大的精力，并且技术水平也处于国际领先，作为APF行业的走在最前列的国家，其APF设备谐波补偿的次数也逐渐提高，补偿次数可达25次谐波，并且单机最大容量达到50MVA。应用领域的走向大有“星星之火，可以燎原”之势，从小规模的用户端补偿覆盖到整个电力系统的补偿。 我国对有源电力滤波器的研究开始于80年代末，国内陆续出版了一些这方面的专著，目前对APF的研究还主要停留在高校的实验样机水平上，距离工业化产品还有一定距离。进入新世纪以来，随着国民经济的日益发展，人们的生活水平提高各种用电负荷的加大，有源电力滤波器的市场逐渐升温，出现了一些专业设计谐波抑制产品的公司。 从2003年起，我国的低压APF市场逐渐出现了一些系列化的商业产品，除了国外ABB、西门子等公司的低压APF产品外，国内的还有如上海追日电气有限公司，上海宝钢安大电能质量有限公司，深圳市波宏电力滤波设备有限公司，北京新电创拓科技有限公司、上海现代电源设备有限公司等也都自主开发了一些低压APF产品。 从技术角度上来讲，这些APF的硬件电路上大多采用模拟硬件电路提取参考谐波电流，这样的设计虽然有利于产品的流水线生产也缩短产品的调试时间，但是局限性是显而易见的，由于模拟器件的参数受环境的变化而不同，并且硬件固定基本不可能现场对产品升级。当然，目前也有数字化的APF应用于市场，但是其谐波控制算法上基本采用滞缓比较的算法，这样的算法输出开关毛刺较大，一定程度上影响了APF的补偿效果，降低了产品所带来的经济效益。
