基于概率模型的整流装置谐波特性分析

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各行业对电力电子电路有了更广泛的应用和更高的要求,但是电力电子电路会使得电网电流波形产生畸变。而占据了电力电子电路最大份额的整流电路,在作为电网运行时的负载时,会产生很大的谐波电流注入到电网,影响电网的电能质量,进而影响社会生产及其他负荷用电,因此整流电路产生的谐波电流不容忽视。晶闸管整流电路拥有较大的发展市场,有着雄厚的发展根基,且作为不可忽视的谐波源,对其产生的谐波电流进行分析与抑制有着很必要的现实意义。本文以三相桥式整流电路为研究对象,从模型建立、谐波特性分析、谐波抑制及仿真验证等方面进行着重分析。首先,利用Matlab/Simulink仿真平台,分别搭建了三相不可控整流电路、三相半波桥式整流电路、三相桥式全控整流电路以及12脉波整流电路的电路模型,并分析其交流侧的谐波电流特性,包括谐波成分及相对含量。对三相整流电路及多脉波整流电路的谐波分布有了一定的认识,为下文较深入分析做了一些基础性研究。然后,运用数学方法及概率论的相关知识,分别在三相电源对称与不对称的条件下建立三相桥式全控整流电路的解析模型。接着在随机变量概率模型的基础上,采用Monte Carlo模拟方法建立交流侧谐波电流幅值与相角的概率模型,并得到交流侧谐波电流幅值与相角的概率密度曲线,明确谐波电流幅值与相角在取值区间的概率大小,对比三种模型的仿真结果,验证了分析的正确性,同时也为谐波的预测提供了可能。随后,建立12脉波整流电路的解析模型与概率模型,分别对其交流侧谐波电流的幅值与相角进行分析得到的结果与其电路模型采样分析大体一致,验证了分析方法的正确性及三种方法的吻合性。为下文应用电路模型分析多脉波整流电路的谐波抑制效果提供了理论基础。最后,针对三相桥式整流电路产生的谐波,采取了相应的谐波抑制方法:多脉波整流电路及直流侧谐波抑制技术。对于多脉波整流电路,选择应用广泛且结构相对简单的12脉波整流电路进行分析研究,通过分别对三相桥式整流电路与12脉波整流电路的电路模型进行仿真分析,对比仿真结果,观察到良好的谐波抑制效果。对于直流侧谐波抑制技术,建立了三次谐波注入抑制方法的电路模型,分析比较了引入三次谐波电流后,三相桥式整流电路交流侧谐波电流的变化,验证了三次谐波注入的谐波抑制效果。
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