電力諧波動態調諧濾波技術 王一飛 9787118130966 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
本書詳細介紹了電力諧波動態調諧濾波的理論、計算機模擬和試驗等內容。具體內容包括無源濾波器諧波抑制綜合性能、高性能抑制諧波、動態調諧濾波原理與調諧方法、電磁耦合濾波電抗器結構模型、動態調諧濾波器電氣參數和電磁耦合電抗變換器工藝參數優化設計方法等，列舉了將這些方法運用於單濾波器和多濾波器分散式電力諧波抑制的典型案例，並進行了深度分析與講解。

作者簡介
王一飛，武漢科技大學副教授，武漢理工大學與美國威斯康星大學麥迪遜分校聯合培養博士，主要研究方向：（1）電能質量控制技術；（2）智能控制與信息系統集成；（3）電力傳動與分散式控制。2021年獲批「楚天學者計劃」的「楚天學子」稱號，在美國學習期間發表論文11篇，其中被SCI檢索收錄5篇，EI檢索收錄6篇；授權發明專利4項，實用新型專利3項；參与美國發明專利申請1項。

目錄
第一章 緒 論
11 1 電力諧波濾波技術
11 2 電力諧波的標準和規範
21 3 無源濾波器
21 4 濾波電抗器
41 5 有源濾波器
41 5 本書主要內容
第二章 電磁耦合濾波電抗器的數學模型與特性
72 1 電磁耦合濾波電抗器構成原理
72 1 1 傳統鐵心電抗器結構
72 1 2 電磁耦合濾波電抗器原理
72 2 電磁耦合濾波電抗器結構
82 2 1 基本型電磁耦合濾波電抗器結構
82 2 2 大功率電磁耦合濾波電抗器結構
92 3 電抗變換器的數學模型與等效電路
92 4 基本型電磁耦合濾波電抗器的數學模型
112 4 1 基本型電磁耦合濾波電抗器的最大阻抗
112 4 2 基本型電磁耦合濾波電抗器的最小阻抗
112 4 3 基本型電磁耦合濾波電抗器的調節阻抗
122 5 基本型電磁耦合濾波電抗器的阻抗特性
122 6 大功率電磁耦合濾波電抗器阻抗變換數學模型
142 7 大功率電磁耦合濾波電抗器的阻抗特性
162 7 1 大功率電磁耦合濾波電抗器的最大阻抗
162 7 2 大功率電磁耦合濾波電抗器的最小阻抗
162 7 3 大功率電磁耦合濾波電抗器的調節阻抗
172 8 電磁耦合濾波電抗器的等效諧波阻抗
182 8 1 基本型電磁耦合濾波電抗器的等效諧波阻抗
182 8 2 大功率電磁耦合濾波電抗器的等效諧波阻抗
182 9 基本型電磁耦合濾波電抗器的濾波抑制特性19
第三章 電抗變換器工藝參數設計方法
223 1 工藝參數
223 2 工藝參數設計步驟
233 3 鐵芯直徑與繞組匝數計算方法
243 4 繞組高度與鐵芯窗高計算方法
253 4 1 繞組扁銅線選取方法
253 4 2 電抗繞組高度計算方法
273 4 3 鐵芯窗高計算方法
273 5 電抗繞組長度計算方法
293 6 繞組直徑與鐵芯中心柱絕緣半徑計算方法
303 7 電抗變換器的重量計算方法
303 8 電抗變換器工藝參數設計模擬系統
313 8 1 主程序
313 8 2 鐵芯直徑與繞組匝數計算程序
323 8 3 繞組高度與鐵芯窗高計算程序
323 8 4 電抗繞組長度計算程序
333 8 5 繞組直徑與鐵芯中心柱絕緣半徑計算程序
333 8 6 電抗變換器的重量計算程序33
第四章 電力諧波動態調諧濾波方法
344 1 動態調諧電力濾波系統
344 2 動態調諧濾波全調諧方法
344 4 1 諧波影響模型與諧波影響係數
354 4 2 動態調諧濾波全調諧方法原理
374 4 3 動態調諧濾波全調諧方法實現
384 3 動態調諧濾波器拓撲結構
384 4 動態調諧濾波器原理
394 4 1 動態調諧濾波原理
394 4 2 無功補償原理
414 4 3 節能機理
424 4 4 電抗率穩定機理
434 5 動態調諧控制方法
444 5 1 控制目標的選取
444 5 2 動態調諧控制方法原理
454 6 自尋優控制策略
454 7 動態調諧濾波器的性能評價指標
474 7 1 抑制性能評價指標
474 7 2 節能性能評價指標
474 7 3 動態調諧濾波效率評價指標
484 8 分散式電力諧波抑制方法
484 8 1 多台動態調諧濾波器配置
484 8 2 分散式電力諧波抑制系統方案
494 8 3 分散式電力諧波抑制方法的實施步驟50
第五章 動態調諧濾波器電氣參數設計優化方法
515 1 電氣參數設計方法
515 1 1 諧波電流吸收係數
515 1 2 諧波電流關係係數
535 1 3 掛網試驗
555 1 4 濾波電容的容量設計方法
565 1 5 電抗變換器的額定參數設計方法
575 2 電氣參數遺傳優化方法
575 2 1 優化目標函數
575 2 2 電氣參數優化步驟
585 2 3 優化結果確定
595 3 動態調諧濾波器參數的遺傳優化系統60
第六章 動態調諧濾波器研製
616 1 動態調諧濾波器的主電路設計
616 2 電氣參數設計與優化實例
626 2 1 諧波源與優化參數設置
626 2 2 參數優化結果
636 2 3 參數優化結果輸出
636 2 4 電氣參數快速估算
636 3 電抗變換器工藝參數設計實例
646 3 1 設計技術指標
646 3 2 設計參數設置
656 3 3 工藝參數設計結果
656 3 4 工藝參數提取
656 4 控制系統的方案設計
676 6 控制系統硬體設計
686 6 1 操作迴路設計
686 6 2 諧波採集電路設計
706 6 3 脈衝觸發電路設計
706 7 PLC的輸入輸出通道設計
716 7 1 PLC的開關量輸入通道設計
716 7 2 PLC的開關量輸出通道設計
726 7 3 PLC的模擬量輸出通道設計
726 8 PLC控制系統軟體程序設計
736 8 1 程序功能設計
736 8 2 符號表的設計
746 8 3 主程序
746 8 4 初始化子程序
766 8 5 Modbus通信程序
766 8 6 故障與報警子程序
776 8 7 諧波分析子程序
786 8 9 電網檢測子程序
786 8 9 尋優處理子程序
786 9 MCGS組態軟體程序設計
806 9 1 觸摸屏總體框架設計
806 9 2 登錄界面
806 9 3 主菜單界面
816 9 4 電容配置界面
816 9 5 參數整定界面
826 9 6 實時監測界面
826 9 7 故障顯示界面
826 9 8 用戶管理界面
836 9 9 關於界面
836 10 PLC與MCGS的通信設計83
第七章 工程應用方法與實例
857 1 工程應用實施方案
857 2 工程試驗方法
857 3 單諧波源諧波抑制工程實例
877 4 多諧波源諧波抑制工程實例
887 5 對比性試驗結果與分析
907 5 1 對比性試驗結果
907 5 2 對比性試驗分析
907 6 分散式電力諧波抑制工程實例
917 6 1 諧波治理方案
917 6 2 諧波電流治理效果
917 7 分散式電力諧波抑制模擬實例
927 7 1 船舶電力推進系統組成與特點
927 7 2 船舶電力推進系統的諧波源
937 7 3 船舶推進變頻器的諧波特性
937 7 4 諧波抑制模擬結果94

前言/序言
前言
電力諧波是反映電能質量的主要指標之一。為適應電能質量新要求，無源濾波器以其高可靠性、結構簡單、大容量、低成本等優勢，廣泛應用於工業、交通行業。目前主要問題是無源濾波器參數不能連續調節，動態調諧濾波器運行機理有待進一步揭示，關鍵部件優化設計與實現存在困難，無法滿足實際工程需求。深入研究電力諧波動態調諧濾波技術具有重要的理論意義和工程應用價值。
作者對動態調諧濾波技術研究多年，利用電磁耦合濾波電抗器與多個濾波電容形成的串聯濾波支路濾除諧波電流，為吸收大功率諧波電流提供了新途徑。研究結果表明:動態調諧濾波器具有諧波抑制和節能的雙重特性，不但吸收了諧波電流，降低了電流有效值，同時將吸收的諧波電流轉換成基波電流，使功率因數提高，提高了電能質量和供電安全性，可以有效地實現工業中電力諧波的動態調諧和諧波抑制，為動態調諧濾波技術的應用奠定基礎。動態調諧濾波技術在水泥和紡織行業得到了初步應用，表明動態調諧濾波器具有與有源濾波器基本相同的性能。本書的主要內容即是這一研究工作的成果總結。
(1)揭示了電磁耦合濾波電抗器的阻抗變換和電感量連續可調機理，實現申感量連續可調。針對傳統鐵芯電抗器電感量不可調問題，根據諧波治理需求，提出了一種新型的電磁耦合濾波電抗器結構設計方案。將單個繞組的鐵芯電抗器設計成具有一次電抗繞組和二次電抗控制繞組的電磁耦合電抗變換器，二次電抗控制繞組接入電力電子阻抗變換器，增加二次濾波繞組接入本體濾波器，構建了具有阻抗變換和諧波抑制特性的電磁耦合濾波電抗器(基本型電磁耦合濾波電抗器)結構:為適應大諧波電流抑制需要，構建了擴展型電磁耦合濾波電抗器結構:構建了阻抗變換數學模型，並模擬分析阻抗變換特性，電磁耦合濾波電抗器相當於電感量可變的電抗器:分析推導出諧波數學模型，揭示了一次電抗繞組和二次電抗控制繞組間的阻抗和導納關係;構建了諧波抑制數學模型並通過模擬，揭示了本體濾波器能完全吸收電力電子阻抗變換器產生的諧波電流機理。
(2)提出了一套工程實用的電磁耦合電抗變換器的工藝參數優化設計解決方案，可快速計算優化得到工藝參數。電磁耦合電抗變換器加工製造缺乏規範和技術標準，導致同一技術指標不同廠家加工出來的電磁耦合電抗變換器在性能方面存在差異，嚴重影響調諧性能和濾波效果。針對上述問題，優化設計了電磁耦合電抗變換器的工藝參數，開發了設計模擬系統，通過實例驗證了工藝參數設計方法及其設計模擬系統的準確性。
(3)從理論上指出了實現電力諧波全調諧的途徑，揭示了動態調諧濾波器具有諧波抑制和節能的雙重特性，實現動態調諧濾波以及多點同時動態濾波。針對無源濾波器存在的參數不能連續調節、不能實現動態調諧問題，提出並研究了電力諧波動態調諧濾波方法。構建了動態調諧電力濾波系統及其諧波影響模型，揭示了電力變壓器一次側等效諧波電流與諧波源諧波電流之間的關係;提出了動態調諧濾波全調諧方法，使動態調諧電力濾波系統滿足諧波治理國家標準;以電磁耦合濾波電抗器為核心部件，構建了動態調諧濾波器拓撲結構，分析了濾波、無功補償和節能等原理:提出了動態調諧控制方法，實現動態調諧濾波:給出了動態調諧濾波器性能評價指標，實現對濾波器濾波性能的定量評價和驗證;針對諧波源地域分散、諧波電流大或需要對多頻次諧波電流治理等問題，配置多台動態調諧濾波器進行諧波治理，提出了分散式電力諧波抑制方法，實現了多點同時動態濾波。
(4)解決了動態調諧濾波器的電氣參數設計問題。針對動態調諧濾波器電氣參數對諧波電流吸收率、調諧性能和成本的影響問題，優化設計了動態調諧濾波器的電氣參數。為了表徵動態調諧濾波器吸收諧波電流量值大小，分析得到了諧波電流吸收係數:通過濾波電容器容量對濾波性能的影響試驗，分析得出了濾波電流吸收值與濾波電容器容量的關係及其吸收係數範圍;提出了濾波電容的容量設計方法和電磁耦合電抗變換器的額定參數設計方法;開發了優化模擬系統，並進行了實例計算，構建了參數設計預估模型。
研究的過程是一個「理論一優化設計→試驗與工程應用」不斷循環往複的過程，新的理論和方法在試驗中提煉完善，同時又經受試驗的檢驗。本書結構只是為了敘述的方便，而實際工作中理論研究、設計、試驗與工程應用總是交織進行的。
全書共7章，是作者10年來研究工作的總結。在學習和研究過程中，得到作者的碩士和博士研究生導師武漢理工大學袁佑新教授、聯合培養博士生導師美國威斯康星大學麥迪遜分校冉斌教授的悉心指導。為保持本書內容的完整性，引用了作者研究生導師研究團隊的少量研究成果，在此一併致謝。由於本人學識水平和現有條件以及時間的限制，此項工作尚有一些不足之處有待完善。作者希望各位專家提出批評和建議。
學習研究和撰寫本書過程中，得到武漢理工大學自動化學院、武漢科技大學信息科學與工程學院各位領導和同仁的支持幫助，得到南京康迪欣電氣成套設備有限公司和武漢科聞機電集成系統有限責任公司的支持，在此謹對他們表示感謝!
電力諧波動態調諧濾波技術是一種電力諧波的有效抑制，與有源濾波器配合發揮二者優勢，使之協調運行，更適合於高壓大功率電力諧波治理，尤其考慮到
可靠性