摘 要

由于电力电子器件在电网中的大量使用，导致谐波污染问题变得严峻，为了解决因谐波污染而造成的问题，故提出了无源动态滤波器在线监测系统。无源动态滤波器在线监测系统采用PLC作为滤波装置的控制器，与此同时设计一个Web应用来分析与评估该装置从电网中所采集的电量参数，进而完成基于PLC的无源动态滤波器在线监测系统设计。本设计所完成工作如下：

（1）基于设计要求，完成了无源动态滤波器在线监测系统的总体方案设计。根据无源滤波器的拓扑结构，提出了本系统的拓扑结构。然后以该结构为依据，完成了无源动态滤波器在线监测系统的总体方案设计。

（2）在之前设计的系统总体方案的基础上，进行了无源动态滤波器在线监测系统的硬件部分的设计，设计出了系统的各个硬件电路并分析了每个硬件电路的工作原理。由于该系统属于混合系统，系统既包含数字信号也含有模拟信号，故设计了各个信号相应的输入输出通道。

（3）为了实现本设计的要求，需要通过一定的程序设计来完成特定的功能，因此进行了滤波装置控制部分的软件设计，设计完成了数据采集和初始化等程序。

（4）完成了无源动态滤波器在线监测系统的Web应用设计，Web应用设计主要包括客户端、请求处理、业务处理、外部调用、视图引擎、服务引擎、数据持久以及数据库文件系统等的设计。

关键词：PLC；Web应用；无源滤波器

Abstract

Because of the large use of power electronic devices in power grid, the problem of harmonic pollution becomes serious. In order to solve the problem caused by harmonic pollution, a passive dynamic filter on-line monitoring system is proposed. The passive dynamic filter on-line monitoring system uses PLC as the controller of the filter device. At the same time, a Web application is designed to analyze and evaluate the power parameters collected by the device from the power grid, and then the PLC based passive dynamic filter on-line monitoring system is completed. The work accomplished in this design is as follows:

Based on the design requirements, the overall scheme design of passive dynamic filter on-line monitoring system is completed. According to the topology of passive filter, the topology of this system is proposed. Then, based on the structure, the overall scheme design of passive dynamic filter on-line monitoring system is completed.

On the basis of the overall scheme of the system, the hardware part of the passive dynamic filter on-line monitoring system is designed, each hardware circuit of the system is designed and the working principle of each hardware circuit is analyzed. Because the system belongs to the mixed system, the system contains both digital and analog signals, so the corresponding input and output channels of each signal are designed.

In order to realize the requirements of this design, it is necessary to complete the specific function through a certain program design, so the software design of the control part of the filter device is carried out, and the program of data acquisition and initialization is completed.

Web application design of passive dynamic filter online monitoring system is completed. Web application design mainly includes client, request processing, business processing, external call, view engine, service engine, data persistence and database file system.

Key words: PLC；Web applications；passive filter

目 录

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 相关技术及国内外发展现状 1

1.2.1 无源滤波器（PF） 1

1.2.2 有源滤波器（APF） 2

1.2.3 混合型滤波器(HAPF) 3

1.2.4 可编程控制器PLC 3

1.3 本设计的主要研究内容 4

第2章 在线监测系统的总体方案设计 5

2.1 无源动态滤波器的拓扑结构 5

2.2 在线监测系统的设计要求 6

2.3 在线监测系统的电路设计 6

2.3.1 电容参数的设计 8

2.3.2 可变电抗器的参数设计 10

2.4 在线监测系统的控制系统设计 10

2.4.1 在线监测系统的控制系统结构 10

2.4.2 在线检测系统的控制系统方案选择 11

2.5 本章小结 12

第3章 无源动态滤波器在线监测系统的硬件设计 13

3.1 系统的控制回路设计 13

3.2 谐波采集电路设计 14

3.3 脉冲触发电路 15

3.4 PLC输入输出通道 16

3.5 本章小结 17

第4章 在线监测系统的软件设计 18

4.1 编程软件 18

4.2 系统程序设计 18

4.2 本章小结 21

第5章 在线监测系统的Web应用设计 22

5.1 Web应用设计的功能需求分析 22

5.2 Web应用设计框架 22

5.3 Web应用系统的设计原则 23

5.4 Web应用设计 24

5.4.1 Web应用程序架构的选择 24

5.4.2 Web应用软件架构 25

5.4.3 Web应用数据库设计 25

5.4.4 Web应用的算法设计 26

5.4.5 Web应用的界面设计 26

5.5 本章小结 27

第6章 全文总结与展望 28

6.1 全文总结 28

6.2 展望 28

参考文献 29

致 谢 30

绪论

1.1 目的及意义

随着当今世界电力系统的迅速发展，用户对电力质量的需求越来越大。但是因为大量的非线性设备和电力电子器件广泛使用于电力系统中，因此导致系统中的谐波污染逐渐变得严峻起来，同时也因为这个问题而引起了各种各样的问题，在这一系列事故频频出现后，人们不得不开始重视这个问题。

这个问题需要迫切得到解决，它所带来的影响主要有：首先是降低了电能从生产出来再到使用的整个过程的效率，使电气设备运行时的温度要高于正常工作时的温度，设备也会产生噪音污染，因此会导致设备损坏的比较快，使用年限变短。如果问题很严重的话，设备可能会直接毁坏。谐波会使系统中的局部电路发生谐振，进一步加强了谐波污染，可能会直接导致一些元器件毁坏。它还有可能会引起设备中的控制器和保护装置发出一些错误的指令，进而出现工作异常的现象。对于电力系统的外部，谐波可能对通信设备和电子设备造成严重干扰。

因此，必须对谐波污染进行治理。目前有三种通用的谐波处理方法：被动过滤、主动过滤和功率补偿。

由于传统的滤波器都存在一定的缺陷，都不能使滤波效果达到理想的状态。因此利用一些能够实时调节参数的元件对传统滤波器进行改进，从而得到了一种新型的滤波装置。该装置的主要特点是：采用可变电抗器作为电感的控制装置，合理设计KL装置的绕组匝数比，从而大大降低了开关器件的容量；电网谐波抑制是根据现场实际需要实时进行的，以保持谐振点恒定，并在长期使用中提供稳定的滤波性能。

1.2 相关技术及国内外发展现状

1.2.1 无源滤波器（PF）

无源滤波器又称LC滤波器，该滤波器主要有无源元件组成，如电阻、电感、电容等，可以抑制某个频段范围内的谐波信号。它工作机制是：它主要是由一些无源元件构成，能够在某个频率下使装置的阻抗变得很低，从而电路中谐波电流得到分流，它主要完成的工作就是提供一条谐波电流的分流通道。尽管该装置只能抑制某个频率范围内的谐波信号，但是足以解决绝大部分电网系统中的谐波电路问题，解决了企业在实际生产过程中的用电问题，使电网系统中的电量参数达到相应的国家标准。

早在上个世纪的初期，就已经有科学家发明出了无源滤波器，不久后，美国就研发出了多路复用系统。到了上世纪的中期，相关技术已经得到了很大的发展，无源滤波器也因此达到了一个比较完善的阶段。在1960年以后，计算机技术以及在使用的材料都得到了一定的发展，滤波器的发展迅速达到了新的水平。70年代，滤波器的主要开发方向转变为小容量、多功能、高精度、稳定和可靠。到了1980年以后，滤波器的研究方向主要是进一步提高滤波效果、降低成本、提高其性价比，扩大其应用范围。1990年以后，我们主要是将各种类型的滤波器应用到实际生产中，用来帮助其产品的开发研制。