【正文】 ................. 1 3 諧波的危害 ............................................. 1 有源電力濾波器及其控制方法的發(fā)展趨勢與研究現(xiàn)狀 ............. 2 1 有源電力濾波器的發(fā)展歷程 ............................... 2 2 有源電力濾波器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ..................... 3 3 有源電力濾波器的控制技術(shù)發(fā)展趨勢 ....................... 3 電力有源濾波器簡介 ......................................... 4 1 傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償裝置的缺陷 ..................... 4 2 電力有源濾波器的優(yōu)點 ................................... 5 電力有源濾波器的分類 ....................................... 5 電力有源濾波器工作原理簡介 .................................. 6 1 常用諧波電流檢測方法 ................................... 7 2 常用的補償電流的控制方法 ............................... 7 第 2 章 各種有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)、控制方法及原理分析 ................. 8 并聯(lián)型有源電力濾波器 ........................................ 8 1 并聯(lián)型有源電力濾波器的基本原理 ......................... 8 2 并聯(lián)型有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu) ......................... 9 串聯(lián)型有源電力濾波器 ........................................ 9 1 串聯(lián)型電力有源濾波器的基本原理及結(jié)構(gòu) .. 錯誤 !未定義書簽。 諧波的基本概念 國際上公認的諧波定義為： “諧波是一個周期電氣量的正弦波的分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍數(shù)。 ” 諧波的危害 （ 1） 對供電網(wǎng)和導(dǎo)線，增加供電網(wǎng)的損耗 當發(fā)生諧振或放大現(xiàn)象時，損耗更加嚴重。鄰近效應(yīng)是由于導(dǎo)線磁場使鄰近導(dǎo)線內(nèi)的電流分布畸變。 （ 2）諧波對繼電保護和自動控制裝置產(chǎn)生干擾和造成誤動作或拒動。雙輸入繼電器各輸入量中諧波間的相角關(guān)系也影響繼電器的性能。 除電表本身產(chǎn)生誤差外，諧波負荷從系統(tǒng)中吸收基波功率而向系統(tǒng)送出諧波功率。 90 年代 APF 技術(shù)進入實 際應(yīng)用，截止 20xx 年，已有 500 多臺 APF 投入運行，其總?cè)萘恳堰_ 600MVA。近幾年進行這方面研究的單位在逐漸增加，主要集中在 一些高等院校和少數(shù)研究機構(gòu)。有源電力濾波器控制的關(guān)鍵就是變流器的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（ PWM） 。下面對已出現(xiàn)的兩種典型且常用的 APF 控制技術(shù)進行簡要介紹。這種控制技術(shù)開關(guān)頻率恒定、實現(xiàn)電路簡單、穩(wěn)定性好、得到應(yīng)用的時間長技術(shù)成熟、裝置安全性較高，但響應(yīng)速度較慢，精度較低。滯環(huán)控制技術(shù)是目前在有源濾波器控制中應(yīng)用最成功的有效控制技術(shù)之一。目前諧波抑制的一個重要趨勢是采用電力有源濾波器 (Active Power Filter，縮寫為 APF)。晶閘管在導(dǎo)通期間處于失控狀態(tài)，這使 SVC 每步補償時間間隔至少為工頻的半個周期。晶閘管控制投切電容器組雖然己能相對平滑地快速調(diào)節(jié)容性無功功率的大小，實現(xiàn)動態(tài)無功功率補償作用，但是這種無功功率補償器的容量明顯受到安裝點電壓變化的制約 (與安裝點電壓平方成正比 )。這種濾波器的特點為： （ 1）實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應(yīng) 。 （ 6） 能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響 。串聯(lián)型電力有源濾波器與負載串聯(lián)接入電網(wǎng)，主要消除電壓型諧波源對系統(tǒng)的影響。電壓型電力有源濾波器的主電路直流側(cè)接有大電容，正常工作時其電壓基本保持不變。后者可以提高電力有源濾波器的容量，降低單個器件的工作頻率。 電力有源濾波器工作原理簡介 電力有源濾波器由兩大部分組成，即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。作為主電路的 PWM 變流器，在產(chǎn)生補償電流時，主要作為逆變器而工作。 常用諧波電流檢測方法 電力有源濾波器諧波電流的檢測不同于一般的諧波測量儀，它一般不需要分解出各次諧波分量，只需檢測出除基波電流或基波有功電流之外總的畸變電流即可。 電力有源濾波器的諧波和無功電流檢測法對其整體性能至關(guān)重要，而基于瞬時無功功率理論的電流檢測法具有較高的準確性和實時性，所以是目前電力有源濾波器中使用最多的諧波和無功電流檢測法?，F(xiàn)在比較常用的有三角波脈寬調(diào)制電流控制方法、滯環(huán)比較電流控制方法、無差拍電流控制方法。 并聯(lián)型有源電力濾波器的基本原理 并聯(lián)型電力有源濾波器的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。 （ 2） 驅(qū)動控制回路的主要任務(wù)是根據(jù)參考指令電流，確定各電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)，并由此形成各個通道的驅(qū)動信號。目前并聯(lián)型 APF技術(shù)已相當成熟，工程上應(yīng)用較多，具體結(jié)構(gòu)如圖 。 其工作原理是通過檢測環(huán)節(jié)測量電網(wǎng)中的諧波電壓分量 ，產(chǎn)生與之相反的附加電壓信號，從而實現(xiàn)系統(tǒng)與諧波的隔離，使電源端電壓恢復(fù)為正弦波。 PF用來消除高次諧波， APF用來補償?shù)痛沃C波分量。 APF通過變壓器串聯(lián)在系統(tǒng)中，絕緣較困難，并且 APF要承擔所有負載電流，這將直接影響該種混合濾波器的補償性能。 其結(jié)構(gòu)圖如圖 各種有源電力濾波器的控制方法 由于有源電力濾波器的類型和控制目標很多，這就決定有源電力濾波器的控電力系統(tǒng) L T APF C 非線性負載 圖 串聯(lián)型有源電力濾波器結(jié)構(gòu)圖 電力系統(tǒng) L T APF C 非線性負載 PF 圖 混合型有源電力濾波器 并聯(lián)型三相四線制有源電力濾波器滯環(huán)電路設(shè)計 第 12 頁 共 28 頁 制技術(shù)非常豐富 ，總體來說，有源電力濾波器的控制方式 可以分為三大類：對系統(tǒng)電源側(cè)電壓、電流進行控制；對系統(tǒng)負載側(cè)電壓、電流進行控制；對系統(tǒng)電源和負載側(cè)電壓、電流同時進行控制。特定次數(shù)諧波消除控制方法需要事 先計算出要消除的若干次指定諧波，在負載經(jīng)常變化的情況下，跟隨特性難以保證，目前較少使用；自適應(yīng)控制方法因反應(yīng)較慢，算法復(fù)雜，目前尚在理論研究之中，在有源電力濾波器中沒有得到工程應(yīng)用。本章首先介紹瞬時無功功率的基本理論，然后介紹基于該理論的諧波和無功電流實時檢測方法。 （ 4） α、 β相的瞬時無功電流 qi? ， qi? 和瞬時有功電流 pi? ， pi? α、 β相的瞬時無功電流 qi? ， qi? 分別為三相電路瞬時無功電流 qi 在 α、 β軸上的投影，瞬時有功電流 pi? ， pi? 則分別為三相電路瞬時有功電流 pi 在 α、 β軸上的投影 ,某一相的瞬時有功電流和瞬時無功電流也可分別稱為該相電流的有功分量和無功分量。而瞬時無功功率理論中的概念，都是在瞬時值的基礎(chǔ)上定義的，它不僅適用于正弦波，也適用于非正弦波和任何過渡過程的情況。但也有許多缺點，濾波器中心頻率對元件參數(shù)十分敏感，受外界環(huán)境影響較大，難以獲得理想的幅頻特性和相頻特性 。另一個分量作為廣義無功電流，也就是負荷電流與有功電流的差值。但是由于該檢測法是根據(jù)總平均功 率確定補償后的電流，再計算出補償指令電流，而在計算補償后電流時，不僅需要知道三相電路的平均功率，還需要知道每個相電壓的幅值，因此檢測過程中的延遲較大。 并聯(lián)型三相四線制有源電力濾波器滯環(huán)電路設(shè)計 第 18 頁 共 28 頁 第 4 章 并聯(lián)型三相四線制有源電力濾波器的控制方法研究 由于有源電力濾波器的類型和控制目標很多（其原理圖見圖 ），這就決定了有源電力濾波器的控制技術(shù)也非常豐 富。可以分為經(jīng)典方法、現(xiàn)代方法和智能方法。它以指令信號與實際補償電壓（或電流）之間的差值作為調(diào)整信號，被控制量與它的給定值在給定的范圍比較，以確定電力變流器開關(guān)元件的開關(guān)時序與高頻三角載波相比較，從而得到變流器開關(guān)器件所需的控制信號。 P M W 信 號Aci? ?滯環(huán)跟蹤控制的基本思想是實際值與允許的的上、下限相比較，交點作為開關(guān)點，在上、下限形成一個環(huán)帶，故稱 “ 滯環(huán)跟蹤控制 ” 。滯環(huán)電流控制具有簡單靈活，性能與系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)、動態(tài)響應(yīng)速度快、魯棒性好、精度較高等優(yōu)點，因此是在跟蹤諧波電流或電壓的控制方面應(yīng)用最多。高頻采樣頻率連續(xù)檢測系統(tǒng)的電源側(cè)電流 si 和并聯(lián)有源電力濾波器輸出的 ci ，以電源側(cè)電流 si 中的非基波正序有功電流作為指令信號 zi 。根據(jù)信號 HL，得到可控電力電子元件柵極 1G 、 2G 的 PWM信號 2S 、 1S 。相反 ,滯環(huán)比較器閾值的模越大 ,SAPF的補償效果越差 ,對可控電力電子元件的開關(guān)頻率要求越低 ,SAPF的功耗越小 .因此 ,可以根據(jù)SAPF補償效果的工程需要以及可控電力電子元件的開關(guān)頻率限制性 ,選擇恰當?shù)拈撝?。而主電路也要能精確地按照指令電流信號產(chǎn)生對應(yīng)的補償電流。 并聯(lián)型三相四線制有源電力濾波器滯環(huán)電路設(shè)計 第 23 頁 共 28 頁 第 5 章 并聯(lián)型有源電力濾波器仿真分析 計算機仿真是現(xiàn)代科學研究中的一種重要手段，應(yīng)用軟件在計算機上模擬實際的系統(tǒng)，尤其應(yīng)用在 實際試驗可能對元件具有破壞性的系統(tǒng)中。 現(xiàn)在，用 Matlab 軟件對電網(wǎng)裝設(shè)并聯(lián)型有源電力濾波器進行仿真分析。三相非線性負載由二極管、電感、電容和電阻組成，其中電感值為 10mH，電容值為 20uF，電阻值為 100? 。 仿真分析 系統(tǒng)運行進入穩(wěn)態(tài)后，三相非線性負載的輸入電壓和輸入電流波形如圖 42所示，圖中，電壓波形為標準正弦波波形，由于諧波的影響，電流波形不規(guī)則；三相 APF 的輸入電壓和電流波形如圖 所示，輸入電壓為標準正弦波，輸入電流波形為不規(guī)則波形，對三相非線性負載的輸入電流進行補償；圖 為單相APF 輸出直流電壓波形，其直流平均電壓為 ，紋波電壓的最大峰值為 1V。 Song, Jingxian Threephase threewire threelevel APF based on vector mode onecycle control Dianli Xitong Zidonghua Automation of Electric Power Systems