开题报告-典型非线性负荷的谐波问题

开题报告-典型非线性负荷的谐波问题毕业设计（论文）开题报告1.课题的目的及意义1.1非线性负荷的电能质量问题随着时代进步与科学技术的快速发展，现代电网与负荷之间的关系发生了新的变化，因此而带来的电能质量问题也越来越多的引起相关电力部门以及用户（特别是一些敏感用户）的注意。早期的电力设备在设计时主要考虑诸如闪电、短路、扰动和负载的突增和突减等，这样的电力设备对电能质量的要求并不高，但是，现在电网和负荷之间的关系已经发生了明显的变化，一方面，电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行的安全稳定性和可靠性要求不断提高。另一方面，由于电力电子设备的大量使用，电力系统中的非线性负荷急剧增加，并由此带来严重的谐波污染，对电网运行带来了诸多问题。据不完全统计，到2021年，20%的电力负荷通过各种形式的功率交换来实现，到2021年时，这个百分比已经提高到了50%-60%。其中交流电弧炉、轧机等冲击性负荷影响严重。电力系统的主要非线性设备大致有如下几类：（1）大功率可控硅整流装置，如铁道电气化，电化学当中的电解装置和直流输电的换流阀等。（2）交流炼钢电弧炉及轧机。（3）自饱和和可控饱和电抗器。（4）大型变压器的励磁回路。（5）高频感应加热炉和电石炉。（6）节能型家用电器。诸如：低功率的像电视机、录音机、微波炉、个人电脑和照明设备，中等功率的包括来暖通风空调、洗衣机、洗碗机干衣机等。这些负荷，即使供应给标准的正弦波电压，其流过的电流也是非线性的，即有谐波源存在。其谐波电流的含量基本由它本身的特性和工作状况以及施加给它的电压决定，而与电力系统的参数关系不大。它们的用电特性一般表现为：（1）产生大量的谐波污染，所有的非线性负荷都不同程度的产生谐波；（2）引起电压波动与闪变。（3）产生负序电流。其中典型非线性负荷的谐波特性及其对电能质量的影响将成为本文的研究重点。在本文中，我主要以节能型家用电器为主。仅以2021年家用电冰箱销售为例，2021年全年全国销售电冰箱台数为2335万台。如果算上其它家用电器，数量不可谓不巨大，正因为如此，我们无法忽视这些典型的采用了电力电子技术的中小功率家用电器对于电能质量的影响。1.2典型非线性负荷的谐波问题及研究意义电力系统中，电能是以额定的频率和电压向用户供电的。电能质量的主要参考标准也是电压和频率。现在，电力电子技术应用范围逐渐增大，在各个行业中都得到了大量的应用，同时又带来大量的谐波问题。目前，电力电子设备已经成为电力系统中的首要谐波源。从而导致谐波源和无功电流大量注入电网，引起包括电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡和波形畸变等电能质量问题。而且，随着科技的进步，电力电子设备的使用范围还将进一步扩大，也预示着非线性负荷还将大量增加，其对电网的影响也必将进一步增大。这些负荷将从电网吸收正弦电流，我们将之统称为谐波源。对其我们必须加以控制以保证电能质量。谐波危害十分巨大，谐波的主要危害体现在以下方面：1）在感应电机和同步电机中发生过度的损耗发热，甚至引起感应电机和同步电机的机械振动；2）增加变压器和电网的损耗。特别是在发生谐振现象的时候，损耗程度会十分巨大；3）对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和误动作；4）干扰大电机的控制器和发电厂的励磁系统；5）位于零点电压交叉检波和触发电路的不稳定运行；6）使电度表的测量出现误差；7）架空线上的谐波可能对相邻通讯线路产生干扰，影响通讯。因此，进行典型非线性负荷的相关研究具有极其重要的意义。现在一个十分矛盾的问题是电力电子设备是最主要的谐波源，但是解决谐波问题也只有依靠电力电子技术，因此，必须要对非典型负荷的谐波问题做有效的研究，进而分析其对于电能质量的影响。1.3国内外的研究现状国际上对于谐波问题的研究起源于上世纪五六十年代，其主要研究是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。七十年代以后，电力电子技术在工业以及家庭生活中都得到了广泛应用，导致谐波问题日益严重，各国纷纷开始致力研究。近年来，谐波问题已经渗透到了诸如电工理论、电力电子、数字信号处理等领域中，均有其特有的分析方法和研究理论。但很明确的是谐波研究仍然是一个十分活跃的领域。发达国家的经验和预测表明，随着科学技术的发展，非线性负荷用电设备的种类、数量和用电量都将迅速增加。例如美国IEEE学会认为，伴随着当今一项最重要的科技进步，即电力电子技术的发展，作为非线性负荷的敏感电子器件已经大量涌现。而日本则做出了一项重要的统计，当前其国内最主要的谐波源依次是电力换流器（占总谐波源的66%）、家用电器（占总谐波数的23%）。可见家用电器对于谐波的影响十分严重，几乎占到了谐波总量的1/4，可以说家用电器对于谐波的影响是明显的。而在国内，非线性负荷同样大量增加，使得我国不少电网的谐波成分已经超过了有关标准，并已经涌现出了一些问题。事实证明：1985年8月大同第二发电厂2号发电机组（200MW）负序电流保护动作跳闸，造成向首都供电中断，是北京大面积停电的严重事故；1994年4月山西晋东南电网解列事故，都是由于谐波和负序电流干扰的结果。同国外先进技术相比较，国内对于谐波的研究还处于相对落后的阶段。而且电网已经开始面临发达国家曾面临的谐波局面，即非线性负荷随着高新技术的发展而猛增，电网电压畸变率也将上升，所以，为了监测、分析和治理谐波，都需要研究有关典型非线性负荷的谐波特性。2.课题任务、重点研究内容、实现途径2.1课题任务和重点研究内容本文主要任务是针对各类非线性负荷的特点和对电能质量影响的方法进行研究，在了解和掌握电力电子技术的基础上，查阅文献资料，了解电能质量的相关概念和定义以及目前对电能质量研究的现状；通过对典型非线性负荷（几种家用电器，如电冰箱、空调和微波炉等）的特性分析，学会和掌握分析电能质量（主要是谐波）的方法，学会利用专业仿真软件分析和研究解决实际问题的能力，并对不同负荷性质和特点进行讨论和分析。同时设计实验方案，并利用实验室仪器设备测量实际非线性负荷的谐波，讨论测量结果。达到综合训练和综合运用所学专业和专业基础知识的目的，学会电路设计、分析、发现问题以及解决问题的能力。2.2实现途径首先充分了解电能质量的相关定义和影响因素以及几种家用电器（主要是冰箱、空调和微波炉）的内部电路图并分析其工作原理。其次在非线性负荷接入电路以后，可以设法将其等效，建立一个数学模型，利用设计好的实验方案和实验室仪器具体测量几种典型的非线性负荷的谐波，从而分析其谐波并讨论其结果。非线性负荷的处理方式直接关系到谐波问题的研究，拟做如图1模型进行分析研究。将几种家用电器等效为一个简单的元件n，分别测量其两端的谐波和电源两端在用电器接入与未接入时的谐波情况，并结合其内部电路分析其对于电路谐波的影响情况。具体可以使用电能质量监测仪测量频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡度和谐波，重点侧重于测量谐波。最后根据电能质量相关知识和实验测得的对于几种典型非线性负荷的谐波情况综合分析，并得出结论。3、进度计划学生签名：年月日4、指导教师意见指导教师签名：年月日