配电系统中整流负载电能质量分析与优化策略设计.pptx

配电系统中整流负载电能质量分析与优化策略设计

整流负载电能质量随着电力电子技术的发展，整流型负载在配电系统中得到了广泛的应用，而该类负载对配电网带来了较大的电能质量问题，主要包括谐波含量大，功率因数低。电能质量所包含的内容(1)无功功率,即电网电压以额定电压为参照点所产生的偏移范围。(2)频率偏离即供电频率对于额定频率的偏差程度。(3)电压波动与闪变指电网电压的变化程度。(4)三相电压不平衡度指对三相电压不均匀度的度量。(5)谐波含量,即电网电压、电流频率的失真范围。因为畸变波形能够分解成基波和谐波,所以常用谐波含量高低来表示波形的畸变情况。

常规的整流负载电能质量分析?

三相桥式全控整流电路理论谐波含量?

单相整流电路仿真电路单相整流电路结构如图，选用单相桥式整流电路，滤波电容大小为1mF，负载为阻感负载，电阻8Ω，电感0.5mH，电源为幅值220V的交流电。

单相整流电路导通角为0度时，谐波分析如图，电流总谐波失真达到55.52%，基波幅值含量为70.83A，谐波幅值含量最高为三次谐波，达到41.37A，其他高次谐波幅值含量均在20A以下。导通角为30度时，谐波分析如图，基波含量为49.5A，谐波总失真为48.22%，含量最高的谐波为二次谐波14.84A，三次谐波37.57A，五次谐波13.53A，其余谐波分量均在10A以下。

通过分析得出结论每个高频谐波的有效值随着数字的增加而大体上减小，与其值成反比，阻感负载单相整流电路的电流具有很大的奇数高频谐波失真，通过以上仿真及计算分析,单相整流电路的谐波含量还是比较高的，这就引起其畸变率较高。

三相整流电路三相整流电路仿真如图，该仿真模型电源为幅值220V，相位两两相差120度，为三相三线制，滤波电容为0.5mF，负载为8Ω的电阻负载。

三相整流相电流谐波分析如图，主要含有奇次谐波，其中五次谐波含量为94.83A，七次谐波含量为88.8A，而基波含量仅为100A。

通过对单相整流电路和三相整流电路的分析，得出了目前整流电路普遍存在的电能质量问题，即谐波分量大、功率低的问题。很有必要采取措施来优化电能质量,因此选择使用PWM整流器。

PWM整流原理PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。单周控制通过控制开关的占空比，使每个开关周期中开关变量的平均值严格等于或正比于控制参考量。

单周控制仿真模型仿真电路如图，选用的是三相四线PWM整流器，整流器为IGBT型器件，滤波电容为22mF,负载为50Ω的电阻负载，还包含单周控制器和测量畸变率和功率因数的元件。

单周控制器结构

图为优化后的相电流谐波分析，由图可知，在大约0.17s后达到稳定状态，畸变率仅为2.15%，谐波含量最高为二次谐波，仅含有0.457A，还含有直流的分量，仅仅为2.013A。而基波含量高达43.27A，可以看出和优化前相比谐波含量明显减少，几乎没有谐波影响。

图为相电压和相电流的输出波形，从图中可以看出电压和电流基本同相位，通过测量元件测出功率因数为0.9828，失真率为2.22%。由此可见仿真效果比较理想。

结论常规整流电路有较多的电能质量问题，例如电流畸变高，功率因数低。用IGBT元件代替传统整流器件并引入单周控制可以可靠解决电能质量问题。单周控制对于优化电能质量是比较可行的方案。

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