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研究生:余浚銘
研究生(外文):Chung-Mine Yu
論文名稱:以電力品質調整器改善電力品質之分析與模擬
論文名稱(外文):Analysis and Simulation of Unified Power Quality Conditioner for Improvement of Power Quality
指導教授:何金滿何金滿引用關係
指導教授(外文):Jin-Maun Ho
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:主動式電力濾波器整合式電力品質調整器
外文關鍵詞:active power filterunified power quality conditioner
相關次數:
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近年來由於工業需求,電力電子技術發展快速,使得非線性負載的使用急速增加,因非線性的特性將造成電力系統諧波污染,使得成電力品質惡化情況愈來愈嚴重,以前產業界會使用被動式電力濾波器來抑制諧波,但因其在使用仍有限制,因而近年來改採主動式電力濾波器的比例有逐漸增趨勢。主動式電力濾波器是採用電力電子技術來同時解決諧波抑制與功率因數改善等問題,亦可協助改善負載端之電力品質。主動式電力濾波器大概可分為並聯式、串聯式和混合式。並聯式改善諧波電流、功因等問題,串聯式改善電壓品質不良問題,而混合式則是搭配被動式濾波器使用,可降低主動式濾波器的額定需求。

在本論文中提出的是近年發展出來的整合式電力品質調整器(Unified Power Quality Conditioner),是以二個背對背連接的主動式濾波器,共同使用一只直流鏈(DC-Link)儲能電容所組成的,分別作為並聯式及串聯式主動濾器,本文對其操作原理和控制架構予以分析與介紹。最後並以Matlab/Simulink 來分析、模擬其控制架構,證實其應用在電力品質之改善的可行性。
In industries, the non-linear loading is increasing more and more, which causes harmonic in the power system, pollutes the power system and causes the serious quality problem of power. In past, it’s common to use passive filter to reduce the harmonic effect. But this solution has some disadvantages. Recently , there are more and more companies to use Active Power Filter(APF) to improve the power quality.

There are three classes of active power filter, (1) parallel active power filter, (2) series active power filter, and (3) hybrid active power filter. Parallel APF can suppress the harmonic current and compensate reactive power. Series APF can compensate the voltage distortion. Hybrid APF is a combination of passive filter and active power filter for reducing APF’s rating.

We will discuss about Unified Power Qulaity Conditioner(UPQC) in this paper. It combines two back-to-back converters, and these converters share one DC-Link capacitor. In this paper, the operation theory and control of UPQC has been studied. Then, the reliability for the power quality improvement of this system is analysed by using Matlab/Simulink.
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
表索引 VIII
圖索引 IX
第一章 緒 論 1
1.1緒言 1
1.2研究背景 2
1.3文獻回顧 2
1.4研究目的 3
1.5論文架構 4

第二章 電力品質分析與探討 5
2.1電力品質概述 5
2.1.1 諧波 5
2.1.2 電壓閃爍 8
2.1.3 電壓突升 8
2.1.4 電壓驟降 9
2.1.5 三相不平衡 10
2.1.6 電壓中斷 11
2.1.7 電磁干擾 12
2.1.8 功率因數低落 12
2.2 諧波管制標 13
2.3 電力諧波來源說明 14
2.4 改善電力品質之方法及設備 15
2.4.1 電力品質之污染原因 15
2.4.2 改善電力品質之設備 16

第三章 電力濾波器簡介 19
3.1被動式電力濾波器 19
3.2主動式電力濾波器 20
3.2.1依補償系統的功率額定及響應速度需求分類 21
3.2.2依濾波器電路架構之連接方式分類 22
3.2.3依系統之補償目的分類 24
3.2.4依據所使用之控制技術加以分類 26

第四章 整合電力品質調整器 27
4.1整合式電力品質調整器簡介 27
4.1.1並聯主動濾波器之功能 27
4.1.2串聯主動濾波器之功能 28
4.2整合式電力品質調整器架構 30
4.3補償電流命令之計算方法介 31
4.3.1 瞬時虛功理論 32
4.3.2 同步座標轉換法 35
4.4 補償電壓命令之計算 38
4.5 諧波電流補償及DC-LINK電容電壓穩定控制方法 40
4.6 諧波電壓補償控制方法 42
4.7脈波寬度調變技術 45

第五章 模擬結果 46
5.1 模擬說明 46
5.2 Matlab/Simulink下之架構 46
5.2.1三相四線式整合式電力品質調整器架構 46
5.3 三相電壓平衡時 47
5.3.1 三相負載平衡 47
5.3.2三相負載不平衡且負載發生變化 49
5.3.3三相非線性負載 51
5.4 三相不平衡電壓時 53
5.4.1 三相負載平衡 53
5.4.2 三相負載不平衡 56
5.4.3 三相負載不平衡且負載發生變化 58
5.4.4 三相非線性負載(串聯式主動濾器未啟動時) 60
5.4.4 三相非線性負載(串聯式主動濾器啟動時) 62
5.5 三相電壓含有諧波成份時 64
5.5.1 三相電壓含有5th諧波成份,負載平衡時 65
5.5.2三相電壓含有5th及7th諧波成份,負載平衡時 67
5.5.3三相電壓含有5th及7th諧波成份,三相負載不平衡且負載發生變化 69
5.5.4三相電壓含有5th及7th諧波成份,三相非線性負載 71
5.6 電壓驟降時 73
5.7 電壓突升時 76
5.8 模擬結果說明 79

第六章 結論 80
6.1 結論 80
6.2 未來可研究方向 80

參考文獻 81

表索引
表2-1台電電力系統諧波電流管制暫行標準 13
表2-2台電電力系統諧波電壓限制 14
表2-3 電力系統諧波的來源分類 14
表2-4 電力品質之污染源、影響對象與改善對策分類表 15

圖索引
圖2.1 含有諧波成份之電壓示意圖 6
圖2-2 電壓閃爍示意圖 8
圖2-3 電壓突升意圖 9
圖2-4 電壓驟降示意圖 9
圖2-5 三相不平衡示意圖 11
圖2-6 電力中斷示意圖 11
圖2-7 電磁干擾示意圖 12
圖2-8 各類閘控虛功補償器架構圖 17
圖2-9 靜態頻率控制器示意圖 17
圖3-1 被動濾波器之分類 19
圖3-2 被動式濾波器(5th及7th)與系統並聯之示意圖 19
圖3-3 主動式濾波器依據功率額定及響應速度分類圖 22
圖3-4 主動式濾波器電路架構及連接方式分類圖 22
圖3-5 並聯式主動濾波器架構圖 23
圖3-6 串聯式主動濾波器架構圖 23
圖3-7 串、並聯式主動式濾波器(整合式電力品質調整器) 24
圖3-8 主動式濾波器依據系統補償目的之分類圖 25
圖4-1 整合式電力品質調整器等效單線圖 29
圖4-2 整合式電力品質調整器架構圖(三相三線) 30
圖4-3 整合式電力品質調整器架構圖(三相四線式) 30
圖4-4 a-b-c軸、α-β軸與d-q軸之相對關係圖 36
圖4-5 UPQC之並聯主動濾波器控制方塊圖 41
圖4-6 UPQC之串聯主動濾波器控制方塊圖 43
圖4-7 電力品質調整器並聯主動濾器磁滯控制方塊圖 44
圖4-8 磁滯控制追蹤與開關訊號對應圖 45
圖5-1 整合式電力品質調整器Matlab Simulink主電路架構圖 46
圖5-2 三相電壓平衡、負載平衡之電壓 47
圖5-3 三相電壓平衡、負載平衡之電流 48
圖5-4 三相電壓平衡、負載平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 48
圖5-5 三相電壓平衡、負載不平衡及負載發生變化之電壓 49
圖5-6 三相電壓平衡、負載不平衡及負載發生變化之電流 50
圖5-7 三相電壓平衡、負載平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 50
圖5-8 三相電壓平衡、非線性負載之電壓 51
圖5-9 三相電壓平衡、非線性負載之電流 52
圖5-10 三相電壓平衡、非線性負載之直流鏈(DC-Link)電容電壓 52
圖5-11 三相電壓不平衡、負載平衡之電壓(改善前) 54
圖5-12 三相電壓不平衡、負載平衡之電壓(改善後) 54
圖5-13 三相電壓不平衡、負載平衡之電流 55
圖5-14 三相電壓不平衡、負載平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 55
圖5-15 三相電壓不平衡、負載不平衡之電壓 56
圖5-16 三相電壓不平衡、負載平衡之電流 57
圖5-17 三相電壓不平衡、負載平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 57
圖5-18 三相電壓不平衡、負載不平衡及負載發生變化之電壓 58
圖5-19 三相電壓不平衡、負載不平衡及負載發生變化之電流 59
圖5-20 三相電壓不平衡、負載不平衡及負載發生變化之直流鏈(DC-Link)電容電壓 59
圖5-21 三相電壓不平衡、非線性負載之電壓(串聯式主動濾波器未啟動時) 60
圖5-22 三相電壓不平衡、非線性負載之電流(串聯式主動濾波器未啟動時) 61
圖5-23 三相電壓不平衡、非線性負載之直流鏈(DC-Link)電容電壓(串聯式主動濾波器未啟動時) 61
圖5-24 三相電壓不平衡、非線性負載之電壓(串聯式主動濾波器啟動時) 62
圖5-25 三相電壓不平衡、非線性負載之電流(串聯式主動濾波器啟動時) 63
圖5-26 三相電壓不平衡、非線性負載之直流鏈(DC-Link)電容電壓.(串聯式主動濾器波啟動時) 63
圖5-27 三相諧波電壓(5th),負載平衡之電流 65
圖5-28 三相諧波電壓(5th)、負載平衡之電流 66
圖5-29 三相諧波電壓(5th)、負載平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 66
圖5-30 三相諧波電壓(5th及7th)、負載平衡之電壓 67
圖5-31 三相諧波電壓(5th及7th)、負載平衡之電流 68
圖5-32 三相諧波電壓(5th及7th)、負載平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 68
圖5-33 三相諧波電壓(5th及7th)、負載不平衡之電壓 69
圖5-34 三相諧波電壓(5th及7th)、負載不平衡之電流 70
圖5-35 三相諧波電壓(5th及7th)、負載不平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 70
圖5-36 三相諧波電壓(5th及7th)、非線性負載之電壓 71
圖5-37 三相諧波電壓(5th及7th)、非線性負載之電流 72
圖5-38 三相諧波電壓(5th及7th)、非線性負載之直流鏈(DC-Link)電容電壓 72
圖5-39 電壓驟降、負載平衡之電壓 74
圖5-40 電壓驟降、負載平衡之電流 75
圖5-41 電壓驟降負載平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 75
圖5-42 電壓突升、負載平衡之電壓 77
圖5-43 電壓突升、負載平衡之電流 78
圖5-44 電壓突升、負載平衡之直流鏈(DC-Link)電容電壓 78
[1] 江榮城編著(2002),電力品質實務(二),第二版,台北:全華。

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