有源滤波器在光伏电源谐波抑制中的应用本科毕业论文Word文档格式.docx
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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日期：
年月日
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导师签名：
日期：
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
燕山大学毕业设计（论文）任务书
学院：
电气工程学院系级教学单位：
电力工程系
学
号
110103030049
学生
姓名
####
专业
班级
11电力1班
题
目
题目名称
题目性质
1.理工类：
工程设计（√）；
工程技术实验研究型（）；
理论研究型（）；
计算机软件型（）；
综合型（）
2.文管理类（）；
3.外语类（）；
4.艺术类（）
题目类型
1.毕业设计（√）2.论文（）
题目来源
科研课题（）生产实际（）自选题目（）
主
要
内
容
1.光伏电源的建模及谐波产生机理的分析；
2.使用有源滤波器进行光伏电源谐波抑制的研究；
3.算例仿真与计算结果分析。
基
本
求
1.遵守毕业设计期间的纪律，按时答疑，严格按照进度计划完成毕业设计任务，并独立完成设计任务；
2．设计说明书一份（不少于2.4万字），要求有不超过300字的中、英文摘要；
查阅文献15篇以上（必须有外文文献），英文资料翻译不少于5千汉字；
说明书要求条理清晰、文笔通顺，符合电气工程学院本科生学位论文毕业设计撰写规范的要求；
论文、图纸中的文字符号符合国家现行标准。
参
考
资
料
1.张兴,曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变器控制[M].北京：
机械工业出版社，2010.9
2.李绍慈.有源滤波器在光伏并网发电系统中的应用研究[D]．辽宁工业大学硕士学位论文，2014年3月．
3.与光伏电源、逆变器、有源滤波器、谐波抑制相关的文献、资料。
周次
第1～4周
第5～7周
第8～12周
第13～15周
第16～17周
应
完
成
的
查找相关资料,课题研究背景与现状；
准备开题报告；
光伏电源的建模及谐波产生机理的分析；
使用有源滤波器进行谐波抑制的研究；
算例仿真与计算结果分析
整理论文思路并撰写论文，绘图、准备答辩。
王珺
职称：
讲师年月日
系级教学单位审批：
贾清泉
摘要
本文以选定的光伏并网发电系统为研究对象，分析该系统产生的谐波，据此设计了滞环比较控制的混合型有源滤波器，消除光伏并网发电系统的产生的谐波。
本文主要的研究内容如下：
首先，介绍了光伏发电系统的分类、组成以及拓扑结构，深入分析了光伏并网发电系统中逆变器和负载产生的谐波，并推导了SPWM控制光伏逆变器产生的各次谐波含量表达式。
其次，分析有源滤波器的结构、原理及相应控制方法。
与传统的控制方法相比，滞环比较控制方法使控制电路结构简单，易于实现，响应速度快，抗干扰能力强。
选用滞环比较控制作为有源滤波器的控制策略，推导滞环比较控制的单相和三相有源滤波器的控制方程表达式并建立数学模型。
最后，将滞环比较控制的并联有源滤波器应用到光伏并网发电系统中，设计有源滤波器的参数。
设计其电路模型，并使用Matlab/Simulink进行仿真，验证了滞环比较控制的并联有源滤波器能对光伏并网系统中谐波进行有效地消除。
关键词光伏发电系统；
并网；
有源滤波器；
滞环比较控制；
谐波抑制
Abstract
Forthestudyof,harmonicproducedfromthissystemisanalyzed.Hysteresiscontrolhybridactivepowerfilterisdesigned.Harmonicgeneratedfromgrid-connectedPVsystemiseliminated.Themaincontentsareasfollows:
Firstly,theclassification,compositionandtopologyofphotovoltaicsystemsareintroduced.Harmonicproducedbygrid-connectedPVsysteminandtheloadisdeepthananalyzed.EachharmoniccontentexpressiongeneratedfromPVinverterbySPWMcontrolisdeduced.
Secondly,thestructure,principleandthecorrespondingcontrolmethodareanalyzed.Bycomprisingwithtraditionalcontrolmethods,hysteresiscontrolmakingthecontrolcircuitstructuresimpleandimplementeasyandresponsefastandanti-jammingcapabilitystrong.Hysteresiscontrolisselectedascontrolstrategyofactivepowerfilter.Equationsexpressionsofsingle-phaseandthree-phaseactivefilterinHysteresiscontrolarededucedandmathematicalmodelisestablished.
Finally,shunthybridactivepowerfilterofhysteresiscontrolisappliedingrid-connectedPVsystems.Parametersofpassivefilterandactivepowerfilteraredesigned.CircuitmodelisdesignedandsimulatedbyMatlab/Simulink.Theresultsshowthatharmonicingrid-connectedPVsystemscanbeeliminatedbyshunthybridactivepowerfilterofone-cyclecontrol.Withone-cyclecontrolof
shunthybridactivepowerfilterappliedtogrid-connectedPVsystems,thispaperdesigneditscircuitmodelandsimulationwithMatlab/Simulink.Filterdesigninthisarticleisverifiedwithgoodfilteringcapabilityanditcanmeettheneedsofgrid-connectedPVsystems.
Keywords:
PVsystem;
Grid-connected;
activepowerfilter;
Hysteresiscontrol;
harmonicre
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2光伏并网发电系统滤波器的研究现状3
1.2.1光伏并网发电系统的电能质量问题3
1.2.2国外光伏并网发电系统滤波器的研究现状4
1.2.3国内光伏并网发电系统滤波器的研究现状5
1.3本文主要工作5
1.4本章小结6
第2章光伏并网发电系统的谐波问题7
2.1发电系统的分类和组成7
2.1.1光伏并网发电系统的拓扑结构8
2.2光伏并网发电系统中谐波分析10
2.2.1光伏逆变器产生谐波分析10
2.3.2光伏发电并网系统中非线性负载产生的谐波分析12
2.4本章小结13
第3章光伏并网发电系统的滤波方案14
3.1光伏并网发电系统的消除谐波方法14
3.1.1主动治理谐波14
3.1.2被动治理谐波15
3.1.3受端治理谐波17
3.2光伏并网发电系统滤波方案18
3.2.1有源滤波器18
3.2.2总体滤波方案24
3.3小结24
第4章有源滤波器检测方法与控制方法25
4.1有源滤波器谐波检测方法25
4.2有源滤波器控制方法26
4.4有源滤波器的参数28
4.5小结30
第5章系统仿真分析31
5.1系统仿真模型建立31
5.1.1光伏并网系统仿真模型31
5.1.2有源滤波器仿真模型32
5.1.3控制部分仿真模型33
5.1.4检测部分仿真模型33
5.1.5整个系统仿真模型34
5.2系统仿真分析35
结论37
参考文献38
致谢40
第1章绪论
1.1课题背景
随着人类社会的快速发展，人类对能源的需求量越来越大。
地球早前储存着丰富的化石能源，但是人类社会的发展消耗了大量能源，并且基本由开采这些化石能源提供，尤其二十一世纪工业的迅猛发展，使得化石能源在二十一世纪迅速减少，几乎枯竭。
此外，由于大量燃烧化石能源，世界范围绿化面积减少，使得空气污染严重，人类生活环境严重破坏。
与此同时，化石能源的燃烧，排放了大量的二氧化碳，导致全球气候变暖。
而世界各国经济仍在快速发展，所以世界范围内能源消耗也会不断地增长。
若仍然依靠化石能源，必将加剧气候变暖，危机人类生存。
为了解决全球气候变暖问题，世界各国政府共同商议，采取了具体措施，制定了相关的节能减排的政策[1-2]。
现如今，人类社会正面临着严峻的考验，包括化石能源的缺乏，生存环境的严重破坏。
而且如果现在不予以重视并采取有效措施解决，人类生活将举步维艰。
因此，世界各国必须大力发展可再生能源，改变能源消费方式，走可持续发展的道路。
由于化石燃料将近枯竭、能源方面科技进步和人类生存环境的污染，依靠燃烧化石燃料的电力生产应用正在逐步转变，世界各国都在大力发展光伏发电技术，是利用太阳能发电的一种重要形式。
光伏发电与传统的化石能源发电技术相比，具有一系列优势：
1）发电原理先进，既省去热能到机械能，机械能到电磁能等中间过程，直接完成从光子到电子的转换，发电形势极为简洁。
所以光伏发电效率非常高，最高可达80%以上。
这是以往燃烧化石能源发电所不能达到的。
2）太阳能资源不受地域限制，世界范围内无处不在，不用担心垄断问题。
而且取之不尽，用之不竭，发电过程中不产生污染物，属绿色能源。
既具有无限和环保特性。
3）没有机械转动部件，不会发生机械磨损，没有噪声。
4）光伏发电装置采用模块化结构，非常易于建造安装、拆卸转移。
整个设施规模大小随意，使用灵活。
5）光伏发电装置磨损少，性能稳定、可靠，使用寿命长。
6）光伏电站可实现无人值守，维护和管理成本低。
由于太阳能光伏发电不受能源资源、原材料和应用环境的限制，具有广阔的发展前景，是各国目前及以后都要大力发展的可再生能源技术。
欧洲联合研究中心对光伏发电的未来发展作出如下预测：
2020年世界太阳能发电的发电量占世界总能源需求的1%，2050年占到20%，2100会超过50%[3-4]。
由此，我们可以做出总结：
太阳能光伏发电是未来世界能源和电力的主要来源，世界各国要坚定不移的发展。
世界光伏产业由于化石能源的短缺和人类生存环境的日益恶化，得以快速发展，光伏发电的设施规模也在不断扩大，中小型光伏系统越来越多。
与此同时，人民生活水平逐渐提高，对电力能源的需求越来越大、越来越多元化，促使光伏并网系统中必须使用大量的非线性负载，这些非线性负载带来了许多电能质量问题。
与城市中心的大型供电网络相比，这些中小型光伏系统供电和输电的能力均比较强，所以负载的无功功率对电网供电质量没有什么影响。
但是，距城市中心电网距离较远的边缘末梢地区在光伏发电系统只提供有功电能的情况下，负载的无功电流会较大程度影响电网的供电电压，进一步影响共同使用这一电网传输电能的众多用户。
电力电子装置是电网中主要的谐波源，随着科技的进步，电力电子器件的应用日益增多，因此，这些器件对电网造成的谐波污染也日益严重。
还有一个重要方面，很多电力电子器件，功率因数低，对电能质量影响大，给电网增加了更多的负担。
因此，抑制谐波在光伏发电系统中越来越重要。
本文研究有源滤波器在光伏并网系统谐波抑制中的应用问题具有十分重要的实际意义。
光伏并网发电系统中，如果并入公共电网前不加滤波器，会导致公共电网的电能质量大幅度下降，所以光伏发电系统在并入电网前必须经过滤波器。
滤波器能起到很多功能，锁定相位，调节整个系统的无功功率，滤除系统中的谐波电流。
滤波器可以影响到光伏并网发电系统电流的特性，系统的损耗，电压的浮动等各个方面。
光伏并网中的滤波器可以起到如下几个主要作用：
将高频电力电子开关元件产生的谐波电流滤除，使光伏并网逆变器产生运行需要的正弦电流；
使光伏并网系统能够通过反馈控制输出电流的幅值及相位，以便使其更好的并入电网；
可以把滤波器当作电网中的无功功率电源，向电网输送相应的无功功率，从而实现无功功率平衡，实现降低损耗，继而维持系统电压稳定；
提高整个系统的鲁棒性，令其具有阻尼特性。
目前，传统的滤波装置是无源滤波器。
无源滤波器具有成本低，组成结构简单的优势，在电力系统中得到了广泛应用。
但是有源滤波器谐波补偿效果不理想，只能补偿少数特定次数的谐波，而且易产生谐振，产生一定的谐波电流，使有源滤波器过载严重时特别容易烧毁，导致电网供电质量下降，严重影响整个系统稳定性。
本课题重点研究的有源滤波器即APF在消除谐波方面有无源滤波器无法比拟的优点，是一种较理想的谐波治理手段，非常适合用于光伏并网发电系统中。
1.2光伏并网发电系统滤波器的研究现状
1.2.1光伏并网发电系统的电能质量问题
光伏并网发电系统由以下几部分组成：
光伏电池组，光伏电池控制器，蓄电池，逆变器等，系统中最重要的部件是逆变器。
逆变器通过合理控制电力电子开关元件，把光伏电池组由太阳能转化为电能而产生的直流电转变成交流电，然后并入电网，并网的过程中就会产生谐波，还有直流量注入等问题，导致电能质量下降。
光伏并网发电系统中谐波产生的危害，主要有以下几个方面：
（1）可能会导致光伏并网发电系统中有功功率、无功功率平衡的破坏，使光伏发电系统的安全运行受到威胁。
（2）谐波过大时可能会影响分布式电源并入电网、换相，导致并网失败。
（3）谐波有时会导致光伏发电系统产生谐振，从而造成过电流，过电压，引发系统事故。
（4）干扰通信信号，使系统地区不能正常通信，甚至还会破坏通信设备，威胁人员的安全。
（5）谐波发出的噪音损害工作人员的健康。
（6）使电能计量误差增大，影响电能表的正常使用。
（7）使设备绝缘老化加快，使用寿命缩短。
（8）引起设备保护元件的误操作。
谐波很容易引起光伏并网发电系统发生故障和事故，这使系统的正常稳定运行受到严重威胁。
电力行业人员越来越重视谐波产生的危害，为了保障光伏并网发电系统的正常稳定的运行，有必要进行光伏并网发电系统谐波治理的研究，尤其是有源滤波器在光伏电源谐波抑制中的应用。
1.2.2国外光伏并网发电系统滤波器的研究现状
在发明有源滤波器之前，基本采用无源滤波器滤除电网中的谐波电流。
无源滤波器滤波的原理是利用LC串联谐振电路的低阻抗特性，将谐波源产生的滤波电流通过LC串联谐振电路发生“短路”，然后较好的消除该系统中的高次谐波电流，完成滤波。
光伏发电技术不断发展，光伏并网发电系统中使用了越来越多的电力电子器件，无源滤波器已经不能满足人们对滤波的要求，有源滤波器的发明带给光伏并网发电系统新的希望。
有源滤波器最早是上世纪六十年代末由美国人提出，其理论是：
在交流电源中注入特定的三次谐波电流，能够有效减少交流电网中的谐波，提高交流电源发出的电流质量，输出的正弦波越标准越好。
上世纪
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