开题报告
电气工程动化
船舶电力系统谐波源建模滤波器设计
综述课题国外研究动态说明选题意义
1国外研究动态
着工业快速发展电力电子技术获飞速发展工业交通办公民建筑等系统中量应量应船舶电力系统中具非线性时变特性负载船舶电力系统电质量降功功率高次谐波污染日益严重谐波引起种障事断发生[1]船舶电力系统谐波源谐波研究谐波分量分析设计效滤波器抑制谐波十分重提高电质量减少谐波污染十分必
11 谐波定义
简单说谐波种频率基波频率整数倍正弦波国际谐波公认定义谐波周期电气量正弦波分量说谐波周期分量傅里叶级数中1n次分量频率基波频率整数倍[3]根定义知谐波次数定正整数会出现非整数次谐波情况国例国电力系统额定频率50Hz说2次谐波频率100Hz3次谐波频率150Hz类推[4]电力系统中谐波5次7次等奇次谐波偶次谐波存较传船舶电力系统中谐波样5次7次奇次谐波偶次谐波辅
12谐波源分类
抑制谐波降低危害研究员工程师根特点谐波源分3类：
第1类含变压器等铁磁非线性谐波源量电力电子设备前类谐波源常见目前电力系统总谐波源中类占例
第2类电弧炉电弧焊机等类强非线性击性负载电弧炉电流中奇次谐波含偶次谐波频率01～30Hz间变化
第3类种交直流电力电子变换器目前谐波源常见谐波源
喜欢谐波源分成2类：电流型谐波源电压型谐波源迄止种滤波方式相继出台源滤波源滤波中两种源滤波器够动态进行功补偿目前受关注种滤波方式[5]
谐波源分类没引起重视时候般采系统进行分流源支路方法进行计算优化谐波源性质选择滤波方式重选择正确滤波方式谐波源进行分类根文献[6]结联型滤波器(包括源源滤波器)适合电流型谐波源进行滤波串联型滤波器适电压型谐波源进行滤波
13谐波危害
谐波会电力系统产生极危害：污染公电网影响变压器工作影响继电保护装置性
增加输电线路功耗加速电网金属化膜电容器老化电机造成影响影响干扰测量控制仪器通讯系统工作[4 7 8 9]
（1）污染公电网
假公电网中谐波严重接入电网中设备正常工作造成障时会导致电网中性线注入更电流造成超载发热影响电力正常输送电网中电容器发生谐振谐波电流放倍者十倍导致电容器串联电抗器等设备烧毁
（2）影响变压器工作
谐波电流尤3次谐波电流果注入三角形连接变压器中会变压器绕组中形成环流绕组产生热量果Y形连接中性线接系统3次谐波电流会中性线热
（3）影响继电保护装置性
果继电保护装置基波负序量整定谐波干扰果叠加极低整定值引起负序保护装置误动影响整电力系统安全
（4）增加输电线路功耗
电网中高次谐波电流会输电线路功耗增加果输电线路电缆线路架空线路相电缆线路电容1020倍感抗仅1312容易形成谐振造成绝缘击穿
（5）电机影响
谐波电流通电动机时会电动机损耗增加会电动机转子发生谐振发生转速稳噪声增现象严重影响电动机正常出力寿命影响机械加工出产品质量
（6）通讯系统设备影响
电子设备通信设备会产生严重干扰系统中控制保护设备检测装置造成影响尤利相位频率原理工作保护装置控制装置出现保护误动现象
船舶电网线路短负荷密度高次谐波概率会船舶电力系统中发生谐振现象线路引起电压造成全船电网谐波污染船舶输电系统基电缆构成采电缆构成输电系统言谐波会引起附加损耗外出现尖峰加快电缆绝缘老化缩短电缆寿命
14滤波器
滤波器中常见源滤波器源滤波器两种
141源滤波器
源滤波器(PassivePowerFilterPPF)通常电感电容电阻等源器件构成谐振电路源滤波器需补偿非线性负载联传统谐波抑制功补偿方法滤波器某谐波频率发生谐振形成低阻通路相应谐波电流流入源支路避免流入电网仅滤谐波进行适功功率补偿种方法滤谐波补偿功功率技术成熟结构简单成低存缺点电力系统线路阻抗会影响滤波效果系统阻抗源滤波器间会产生谐振导致某谐波会放条LC支路补偿种频率谐波装设滤波支路数需旦装设电网固定会变化谐波电压谐波电流进行动态补偿重量体积非常源滤波器存着明显技术缺陷世纪70年代开始研究方转源滤波器研究源滤波器弥补缺点[7 14]
142源滤波器
早20世纪70年代初源电力滤波器基原理电路结构已确定时器件性控制技术未达求没够工业中应
80年代期中功率全控型半导体器件发展日益成熟脉宽度调制控制技术获进步时予瞬时功功率理谐波电流检测方法提出3前提源电力滤波器迅速发展
1982年世界第台APF800kVA日研制成功投入20年研究APF技术长足发展功运行功率进步
源电力滤波器(ActivePowerFilterAPF)谐波功电流检测电路踪控制电路补偿电路(换流逆变器)等构成负载电流中实时分离出谐波电流分量基波功电流分量反相作补偿电流指令信号检测电路功称指令电流检测电路踪控制电路根电路产生补偿电流必须踪指令信号原计算出驱动电路作补偿电路开关器件触发脉产生效补偿电流电网电流中含基波分量达消谐波功补偿目[7]源滤波器滤谐波效工具减少国电质量污染缓减谐波污染日益严重力措施[8]
15滤波器发展趋势
国源滤波器研究起步较迟20世纪80年代末开始出现方面文章90年代高校研究机构加入电力源滤波器研究行列时工作仅仅理研究实验
然国源滤波器研究起步迟国外研究成果进行吸收基础取进步相快目前国源电力滤波器技术研究集中[8 10 15]：
（1） 进步谐波处理理研究
（2） 进步降低补偿装置容量
（3） 简化控制系统
（4） 补偿装置功化
（5） 增器件容量提高开关频率实现电流快速控制
（6） 降低价格提高性价
（7） 降低损耗提高性
16国外谐波标准
专家研究谐波滤波器时保证电网电设备安全稳定济运行目前许国家国际组织电力公司制定相应谐波标准中较影响IEEE5191992IEC5552国水利电力部早1984年颁发电力系统谐波理暂行规定1994年国家标准GBT1454993电质量公电网谐波正式颁布然谐波标准相异标准基三目(1)电力系统电流电压波形畸变控制系统接设备够允许水(2)符合户需电压波形户供电(3)干扰系统(通讯系统)正常工作[7]
国舰船通规范3组 电力系统中交流电力品质特性参数规定：船舶电力系统(50Hz效值380V220V言)正弦波形畸变率5单次谐波含量3三相线电压均值允差5线电压衡允差3电压周期性变化允差2瞬态电压允差±6正常状态单相三相设备组合成电设备输入电流衡度应超5船舶电力系统工作状态变化频繁启动设备浪涌电流导致界面电压应超电设备额定电压10
17 建模仿真软件
目前国际流行科技应软件中数学类型软件达十款数学处理原始核外两种类形：数值计算型数学分析型 数值计算型MATLABXmath等量数具较强理计算视化力运行效率高数学分析型MathematicaMaple等擅长符号计算问题解析符号解意精度解处理量数时速度较慢[11]
Matlab英文MATrix LABoratory（矩阵实验室）缩写1980年前时美国墨西哥学计算机科系Cleve Moler方便学生编写LinpackEispack接口程序命名MATLAB成MATLAB雏形John LittleCleve MolerSteve Bangert通力合作1984年成立Mathwork公司正式推出MATLAB第代MATLAB版断更新1992年推出40版1994年推出42版扩充40版功1997年50版问世1999年初推出53版方面进步改善推出新版优化工具箱Simulink 30版达高水20002001200220062008年新版相继出版
MATLAB种高精度科学计算语言计算视化编程结合起环境中者熟悉符号表示出提出问题问题解决方法典型包括科学计算运算法建模仿真数分析研究视化科学工程图形应程序开发包括创建图形户接口重特征拥解决特定应问题程序组MATLAB具开放性
SimulinkMATLAB重组成部分适线性系统适非线性系统适连续系统适离散系统连续离散混合系统适定常系统适事变系统
2选题意义
量应船舶电力系统中具非线性时变特性负载船舶电力系统电质量降功功率高次谐波污染日益严重谐波引起种障事断发生船舶电力系统谐波源谐波研究谐波分量分析设计效滤波器抑制谐波十分重提高电质量减少谐波污染十分必
滤波器消谐波效工具谐波危害越越严重时期滤波器推陈出新必需时电力电子技术身入手解决谐波污染提高功率数思路普遍重视时作种新型补偿装置源电力滤波器电网负载系统参数变化适应力较高反应速度认具发展潜力功谐波补偿方法[10]
源滤波器性方面优点够许领域广泛减少谐波供电网污染减少变压器工作影响提高继电保护装置性减慢电网金属化膜电容器老化速度输电线路功耗某种程度促进领域发展提高环境质量
二研究基容拟解决问题：
1研究基容
1)分析谐波产生危害抑制方法
2）学研究MatlabSimulink软件分析软件优缺点学软件方法
3）研究谐波源分类建立画出原理图
4）谐波源进行仿真仿真产生高次谐波信号（包括电压电流）采快速傅里叶变换方法出频谱图分析次谐波含率总谐波含率
5）学研究滤波器起源发展未展分析源滤波器源滤波器优缺点原滤波器进行设计
6）写出终毕业设计报告
2拟解决问题
1） 说明高次谐波特点危害综述谐波闲扯方法抑制方法较方法存优缺点
2） 利MATLABSimulink建模软件建立谐波源模型仿真产生高次谐波信号（包括电压电流）采快速傅里叶变换方法出频谱图分析次谐波含率总谐波含率
3） 针谐波设计滤波器（源滤波器）设计出滤波器谐波进行相应抑制分析滤波前谐波含率出滤波器滤波效果
三研究步骤方法措施：
1）毕业设计务书解务容根务求查找资料文献
2）完成开题报告文献综述
3）找相关MatlabSimulink软件教材进行学学MATLAB软件加载HHT工具包学会工具包
4）Simulink建立型电力系统模型利搭建出谐波源产生谐波信号利powergui模块谐波进行分析设计源滤波器源滤波器谐波进行滤组织文架构整理出文初稿
5）修改完善文完成毕业设计准备答辩
图书馆中书籍资料网丰富资源托听指导教师定期指导指导老师咨询遇法解决问题
四 参考文献
[1] 贾君霞田暕电力系统谐波电流源滤波器[J]工业加热200523（1）4649
[2] 罗安章兢付清新型注入式联混合型源电力滤波器[J]电工技报200520（2）：5255
[3] 陈淳吴廷进电力系统谐波抑制科技创新导报20108889
[4] 马荣芬吴卿会谐波危害抑制技术[J]中国电力企业理农电版2010017273
[5] PengFZHarmonicSourcesandFilteringApproaches[D] IEEEInd20017(4)1825
[6] 张铁龙徐公林陶霞谐波抑制滤波装置应[J]电气开关200947578
[7] 李达义陈乔夫贾正春电力系统谐波源种类滤波方法综述[J]电气传动200535(12)37
[8] 陈恺王玫电力系统谐波治理源滤波器[J]华东电力200836(8)5557
[9] 沈元成叶琴电力系统谐波检测分析方法发展[J]电气动化200729(4)6165
[10] 胡学芝皮源电力滤波器应技术综述[J]船电技术2005(1)3941
[11] 张德丰等MATLABSimulink建模仿真实例精讲[M]机械工业出社2010115204218
[12] 谐波源相关识httpwenkubaiducomviewe051b280d4d8d15abe234e56html
[13] 谢丽娟 船舶电网谐波分析抑制仿真研究[D]海海事学20067
[14] 源滤波器研究httpwenkubaiducomview0fa50f2b3169a4517723a3ffhtml
[15] 王兆安杨君刘进军谐波抑制功功率补偿[J]机械工业出版社北京199896669
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电气工程动化
船舶电力系统谐波源建模滤波器设计
综述课题国外研究动态说明选题意义
1国外研究动态
着工业快速发展电力电子技术获飞速发展工业交通办公民建筑等系统中量应量应船舶电力系统中具非线性时变特性负载船舶电力系统电质量降功功率高次谐波污染日益严重谐波引起种障事断发生[1]船舶电力系统谐波源谐波研究谐波分量分析设计效滤波器抑制谐波十分重提高电质量减少谐波污染十分必
11 谐波定义
简单说谐波种频率基波频率整数倍正弦波国际谐波公认定义谐波周期电气量正弦波分量说谐波周期分量傅里叶级数中1n次分量频率基波频率整数倍[3]根定义知谐波次数定正整数会出现非整数次谐波情况国例国电力系统额定频率50Hz说2次谐波频率100Hz3次谐波频率150Hz类推[4]电力系统中谐波5次7次等奇次谐波偶次谐波存较传船舶电力系统中谐波样5次7次奇次谐波偶次谐波辅
12谐波源分类
抑制谐波降低危害研究员工程师根特点谐波源分3类：
第1类含变压器等铁磁非线性谐波源量电力电子设备前类谐波源常见目前电力系统总谐波源中类占例
第2类电弧炉电弧焊机等类强非线性击性负载电弧炉电流中奇次谐波含偶次谐波频率01～30Hz间变化
第3类种交直流电力电子变换器目前谐波源常见谐波源
喜欢谐波源分成2类：电流型谐波源电压型谐波源迄止种滤波方式相继出台源滤波源滤波中两种源滤波器够动态进行功补偿目前受关注种滤波方式[5]
谐波源分类没引起重视时候般采系统进行分流源支路方法进行计算优化谐波源性质选择滤波方式重选择正确滤波方式谐波源进行分类根文献[6]结联型滤波器(包括源源滤波器)适合电流型谐波源进行滤波串联型滤波器适电压型谐波源进行滤波
13谐波危害
谐波会电力系统产生极危害：污染公电网影响变压器工作影响继电保护装置性
增加输电线路功耗加速电网金属化膜电容器老化电机造成影响影响干扰测量控制仪器通讯系统工作[4 7 8 9]
（1）污染公电网
假公电网中谐波严重接入电网中设备正常工作造成障时会导致电网中性线注入更电流造成超载发热影响电力正常输送电网中电容器发生谐振谐波电流放倍者十倍导致电容器串联电抗器等设备烧毁
（2）影响变压器工作
谐波电流尤3次谐波电流果注入三角形连接变压器中会变压器绕组中形成环流绕组产生热量果Y形连接中性线接系统3次谐波电流会中性线热
（3）影响继电保护装置性
果继电保护装置基波负序量整定谐波干扰果叠加极低整定值引起负序保护装置误动影响整电力系统安全
（4）增加输电线路功耗
电网中高次谐波电流会输电线路功耗增加果输电线路电缆线路架空线路相电缆线路电容1020倍感抗仅1312容易形成谐振造成绝缘击穿
（5）电机影响
谐波电流通电动机时会电动机损耗增加会电动机转子发生谐振发生转速稳噪声增现象严重影响电动机正常出力寿命影响机械加工出产品质量
（6）通讯系统设备影响
电子设备通信设备会产生严重干扰系统中控制保护设备检测装置造成影响尤利相位频率原理工作保护装置控制装置出现保护误动现象
船舶电网线路短负荷密度高次谐波概率会船舶电力系统中发生谐振现象线路引起电压造成全船电网谐波污染船舶输电系统基电缆构成采电缆构成输电系统言谐波会引起附加损耗外出现尖峰加快电缆绝缘老化缩短电缆寿命
14滤波器
滤波器中常见源滤波器源滤波器两种
141源滤波器
源滤波器(PassivePowerFilterPPF)通常电感电容电阻等源器件构成谐振电路源滤波器需补偿非线性负载联传统谐波抑制功补偿方法滤波器某谐波频率发生谐振形成低阻通路相应谐波电流流入源支路避免流入电网仅滤谐波进行适功功率补偿种方法滤谐波补偿功功率技术成熟结构简单成低存缺点电力系统线路阻抗会影响滤波效果系统阻抗源滤波器间会产生谐振导致某谐波会放条LC支路补偿种频率谐波装设滤波支路数需旦装设电网固定会变化谐波电压谐波电流进行动态补偿重量体积非常源滤波器存着明显技术缺陷世纪70年代开始研究方转源滤波器研究源滤波器弥补缺点[7 14]
142源滤波器
早20世纪70年代初源电力滤波器基原理电路结构已确定时器件性控制技术未达求没够工业中应
80年代期中功率全控型半导体器件发展日益成熟脉宽度调制控制技术获进步时予瞬时功功率理谐波电流检测方法提出3前提源电力滤波器迅速发展
1982年世界第台APF800kVA日研制成功投入20年研究APF技术长足发展功运行功率进步
源电力滤波器(ActivePowerFilterAPF)谐波功电流检测电路踪控制电路补偿电路(换流逆变器)等构成负载电流中实时分离出谐波电流分量基波功电流分量反相作补偿电流指令信号检测电路功称指令电流检测电路踪控制电路根电路产生补偿电流必须踪指令信号原计算出驱动电路作补偿电路开关器件触发脉产生效补偿电流电网电流中含基波分量达消谐波功补偿目[7]源滤波器滤谐波效工具减少国电质量污染缓减谐波污染日益严重力措施[8]
15滤波器发展趋势
国源滤波器研究起步较迟20世纪80年代末开始出现方面文章90年代高校研究机构加入电力源滤波器研究行列时工作仅仅理研究实验
然国源滤波器研究起步迟国外研究成果进行吸收基础取进步相快目前国源电力滤波器技术研究集中[8 10 15]：
（1） 进步谐波处理理研究
（2） 进步降低补偿装置容量
（3） 简化控制系统
（4） 补偿装置功化
（5） 增器件容量提高开关频率实现电流快速控制
（6） 降低价格提高性价
（7） 降低损耗提高性
16国外谐波标准
专家研究谐波滤波器时保证电网电设备安全稳定济运行目前许国家国际组织电力公司制定相应谐波标准中较影响IEEE5191992IEC5552国水利电力部早1984年颁发电力系统谐波理暂行规定1994年国家标准GBT1454993电质量公电网谐波正式颁布然谐波标准相异标准基三目(1)电力系统电流电压波形畸变控制系统接设备够允许水(2)符合户需电压波形户供电(3)干扰系统(通讯系统)正常工作[7]
国舰船通规范3组 电力系统中交流电力品质特性参数规定：船舶电力系统(50Hz效值380V220V言)正弦波形畸变率5单次谐波含量3三相线电压均值允差5线电压衡允差3电压周期性变化允差2瞬态电压允差±6正常状态单相三相设备组合成电设备输入电流衡度应超5船舶电力系统工作状态变化频繁启动设备浪涌电流导致界面电压应超电设备额定电压10
17 建模仿真软件
目前国际流行科技应软件中数学类型软件达十款数学处理原始核外两种类形：数值计算型数学分析型 数值计算型MATLABXmath等量数具较强理计算视化力运行效率高数学分析型MathematicaMaple等擅长符号计算问题解析符号解意精度解处理量数时速度较慢[11]
Matlab英文MATrix LABoratory（矩阵实验室）缩写1980年前时美国墨西哥学计算机科系Cleve Moler方便学生编写LinpackEispack接口程序命名MATLAB成MATLAB雏形John LittleCleve MolerSteve Bangert通力合作1984年成立Mathwork公司正式推出MATLAB第代MATLAB版断更新1992年推出40版1994年推出42版扩充40版功1997年50版问世1999年初推出53版方面进步改善推出新版优化工具箱Simulink 30版达高水20002001200220062008年新版相继出版
MATLAB种高精度科学计算语言计算视化编程结合起环境中者熟悉符号表示出提出问题问题解决方法典型包括科学计算运算法建模仿真数分析研究视化科学工程图形应程序开发包括创建图形户接口重特征拥解决特定应问题程序组MATLAB具开放性
SimulinkMATLAB重组成部分适线性系统适非线性系统适连续系统适离散系统连续离散混合系统适定常系统适事变系统
2选题意义
量应船舶电力系统中具非线性时变特性负载船舶电力系统电质量降功功率高次谐波污染日益严重谐波引起种障事断发生船舶电力系统谐波源谐波研究谐波分量分析设计效滤波器抑制谐波十分重提高电质量减少谐波污染十分必
滤波器消谐波效工具谐波危害越越严重时期滤波器推陈出新必需时电力电子技术身入手解决谐波污染提高功率数思路普遍重视时作种新型补偿装置源电力滤波器电网负载系统参数变化适应力较高反应速度认具发展潜力功谐波补偿方法[10]
源滤波器性方面优点够许领域广泛减少谐波供电网污染减少变压器工作影响提高继电保护装置性减慢电网金属化膜电容器老化速度输电线路功耗某种程度促进领域发展提高环境质量
二研究基容拟解决问题：
1研究基容
1)分析谐波产生危害抑制方法
2）学研究MatlabSimulink软件分析软件优缺点学软件方法
3）研究谐波源分类建立画出原理图
4）谐波源进行仿真仿真产生高次谐波信号（包括电压电流）采快速傅里叶变换方法出频谱图分析次谐波含率总谐波含率
5）学研究滤波器起源发展未展分析源滤波器源滤波器优缺点原滤波器进行设计
6）写出终毕业设计报告
2拟解决问题
1） 说明高次谐波特点危害综述谐波闲扯方法抑制方法较方法存优缺点
2） 利MATLABSimulink建模软件建立谐波源模型仿真产生高次谐波信号（包括电压电流）采快速傅里叶变换方法出频谱图分析次谐波含率总谐波含率
3） 针谐波设计滤波器（源滤波器）设计出滤波器谐波进行相应抑制分析滤波前谐波含率出滤波器滤波效果
三研究步骤方法措施：
1）毕业设计务书解务容根务求查找资料文献
2）完成开题报告文献综述
3）找相关MatlabSimulink软件教材进行学学MATLAB软件加载HHT工具包学会工具包
4）Simulink建立型电力系统模型利搭建出谐波源产生谐波信号利powergui模块谐波进行分析设计源滤波器源滤波器谐波进行滤组织文架构整理出文初稿
5）修改完善文完成毕业设计准备答辩
图书馆中书籍资料网丰富资源托听指导教师定期指导指导老师咨询遇法解决问题
四 参考文献
[1] 贾君霞田暕电力系统谐波电流源滤波器[J]工业加热200523（1）4649
[2] 罗安章兢付清新型注入式联混合型源电力滤波器[J]电工技报200520（2）：5255
[3] 陈淳吴廷进电力系统谐波抑制科技创新导报20108889
[4] 马荣芬吴卿会谐波危害抑制技术[J]中国电力企业理农电版2010017273
[5] PengFZHarmonicSourcesandFilteringApproaches[D] IEEEInd20017(4)1825
[6] 张铁龙徐公林陶霞谐波抑制滤波装置应[J]电气开关200947578
[7] 李达义陈乔夫贾正春电力系统谐波源种类滤波方法综述[J]电气传动200535(12)37
[8] 陈恺王玫电力系统谐波治理源滤波器[J]华东电力200836(8)5557
[9] 沈元成叶琴电力系统谐波检测分析方法发展[J]电气动化200729(4)6165
[10] 胡学芝皮源电力滤波器应技术综述[J]船电技术2005(1)3941
[11] 张德丰等MATLABSimulink建模仿真实例精讲[M]机械工业出社2010115204218
[12] 谐波源相关识httpwenkubaiducomviewe051b280d4d8d15abe234e56html
[13] 谢丽娟 船舶电网谐波分析抑制仿真研究[D]海海事学20067
[14] 源滤波器研究httpwenkubaiducomview0fa50f2b3169a4517723a3ffhtml
[15] 王兆安杨君刘进军谐波抑制功功率补偿[J]机械工业出版社北京199896669
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