1. 研究目的与意义
自20世纪70年代以来，随着科学技术的快速发展，各种电力电子装置(如变频器、
变流器等)在电网中的广泛应用，使得电力系统中各种冲击性负荷、非线性负荷、不平衡负荷不断增加，因此供电系统电能质量受到严重污染，尤其是谐波污染。不良的电能质量问题给许多行业(如半导体制造、信息、计算机、通信等)造成了巨大的经济损失。据美国电科院(EPRI)的一份调查数据报告统计，每年美国由于电能质量问题所带来的经济损失高达500亿美元【1】。
目前，大多数用电设备在投入运用前都需要经过严格的测试，目的是检测这些用电设备在受到干扰情况下的抗干扰能力，所以需要电能质量干扰源，而在工程实践中模拟出大功率的电能质量干扰源并不容易，因此本课题将研究一种大功率并且能够产生多种电能质量干扰的发生器。
2. 课题关键问题和重难点
本课题要求设计一种电能质量干扰发生器（由三相电压源型PWM变换器构成），研究其控制策略，使其能够模拟一些典型非线性负载（如三相整流桥等），应用电路仿真软件搭建模型，验证控制算法及参数的正确性。
一、需要产生多种电能质量干扰
目前，大多数用电设备在投入运用前都需要经过严格的测试，目的是检测这些用电设备在受到干扰情况下的抗干扰能力，所以需要电能质量干扰源，而在工程实践中模拟出大功率的电能质量干扰源并不容易，因此如何设计一种大功率并且能够产生多种电能质量干扰的发生器是关键问题之一。
3. 国内外研究现状（文献综述）
随着现代电力系统自动化技术及电力电子技术的发展，目前，电能质量干扰发生器根据其原理主要分为以下几类：任意波形发生器方式、并联或串联电压器组合方式、调节变压器抽头方式、晶闸管控制电抗器方式、AC-DC-AC变流器方式。美国威奇托州立大学(WSU)电能质量实验室研制过一种功率为6KVA的干扰发生器【2】，属于任意波形发生器方式，该发生器通过一台配置了驱动数／模转换器波形触发软件的PC产生干扰信号，该信号再经过放大器加载在待测设备上。美国加利福尼亚州的电能质量标准实验室研制的干扰发生器可产生电压中断、电压骤降与骤升等干扰信号，其幅值大小、相位、干扰持续时间是可以根据需要调节的【3】。克莱姆森大学电子与计算机工程学院的E．R．Collins，Jr和杜克电力公司的R．L．Morgan在实验中将一台三相同步发电机组改装成可产生三相凹陷与凸起电压的发生器装置【4】，属于调节变压器抽头方式，该装置原理是利用改变同步发电机励磁电压的大小来产生凹陷与凸起电压波形，这种发生器只能产生单一的电能质量波形。韩国LG公司的Dr．Yong HoChung研制出一种基于晶闸管控制电抗器(TCR)型的电压凹陷与凸起发生器【5】，属于晶闸管控制电抗器方式，该发生器主要由两个串联电感、升压器以及12脉动TCR构成。苏格兰格拉斯哥大学电子与电机工程系的E．Acha研制出一种功率波形发生器【6】，可以产生电压中断和电压谐波，但是该发生器不足之处在于只适合应用在小功率负荷中。在国内，华北电力大学的张香真研制出一台三相整流三相逆变拓扑结构的电能质量干扰发生器【2】，属于AC-DC-AC变流器方式，整流部分采用恒频滞环控制方法，逆变部分采用三角波比较跟踪控制方法，该发生器控制器芯片为定点运算，对于整数数据处理较繁琐。吉林大学的庞学文研制出一种任意波形发生器【7】，其原理为干扰波形由任意波形发生器产生，由于产生的波形值较小，所以需要经过放大器调节，最后将调节的信号加载在待检测的设备上去。控制器采用的是Cygnal公司生产的C8051F310单片机芯片，干扰波形可以用标准函数公式产生。但是该发生器，由于要经过功率放大环节，会带来发热问题，故该发生器的容量不能做太大，因此不适合应用在大功率场合。南京理工大学的黄赞研制出一种三相电能质量信号发器【8】，属于AC-DC-AC变流器方式，主电路拓扑结构为2H桥级联逆变器，控制器采用的是瑞泰创新公司生产的2812DSP芯片和Actel公司生产的FPGA250芯片。该电路拓扑结构较为复杂，其成本较高。
针对以上所述电能质量干扰发生器的不足，本课题拟研究一套大功率、低损耗的电能质量干扰发生器。该系统采用双逆变桥结构，分为扰动产生部分和电能回馈部分。扰动产生部分能够产生高次谐波电流、基波有功电流、感性或者容性的基波无功电流、断续冲击电流等，从而可以模拟中频炉、电弧炉、变频器等各种非线性装置的实际工况。电能回馈部分能够将扰动产生部分的电能消耗反馈回电网，从而大大降低了实验或测试成本、降低了对实验或测试场所的变压器容量要求，同时回馈部分兼有滤波补偿功能，可以补偿滤除扰动部分产生的流向电网的无功和谐波，从而构建了一套绿色＋节能的电能质量干扰发生器。
[1]Hsu J S．Instantaneous phasor methodfor obtaining instantaneous balanced fundamental components for power qualitycontrol and continuous diagnostics[J]．Power Delivery,IEEE Transactions on，1998，13(4)：14941500
4. 研究方案
本课题拟研究一套大功率、低损耗的电能质量干扰发生器。该系统采用双逆变桥结构，分为扰动产生部分和电能回馈部分。扰动产生部分能够产生高次谐波电流、基波有功电流、感性或者容性的基波无功电流、断续冲击电流等，从而可以模拟中频炉、电弧炉、变频器等各种非线性装置的实际工况。电能回馈部分能够将扰动产生部分的电能消耗反馈回电网，从而大大降低了实验或测试成本、降低了对实验或测试场所的变压器容量要求，同时回馈部分兼有滤波补偿功能，可以补偿滤除扰动部分产生的流向电网的无功和谐波，从而构建了一套绿色＋节能的电能质量干扰发生器。
电能质量干扰发生器的主电路拓扑结构采用三相电压源型PWM变换器构成背靠背结构，通过控制PWM变换器中全控型器件IGBT的通断，即可控制变换器出口侧的电流波形，所以能够模拟非线性负载、冲击性负载等电流波形；
根据现有PWM变换器主电路直流侧电容和输出侧电抗器参数的设计方法，针对电能质量干扰发生器的要求，对直流侧电容、逆变侧滤波器的参数进行设计。其中电感的设计需要考虑到既要实现快速电流跟踪指标，又要实现抑制网侧电流脉动指标；电容器的设计需要考虑到直流母线电压波动的影响；
5. 工作计划
第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料，并理解有关内容；截止日期：2022年12月13日；
第 2 周 翻译相关英文资料；
第 3 周 提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；截止日期：2022年3月13日
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
