【導(dǎo)讀】由于各種非線性負(fù)載(諧波源)應(yīng)用普及，產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重。在電力電網(wǎng)中，存在大量非線性負(fù)。載,引起電網(wǎng)電流波形不再是正弦波。這一非正弦波可用傅里葉級(jí)數(shù)分解成為一個(gè)直流。量，基波正弦量和一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的高次諧波正弦分量之和。的諧波應(yīng)采取一定措施，進(jìn)行抑制。諧波會(huì)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、保護(hù)功能失常,還會(huì)引起變電站局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振,造成電壓互感器等設(shè)備損壞。及供電可靠性的要求也越來(lái)越多，電力質(zhì)量受到人們的日益重視。機(jī)系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，將會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。人們的正常生活。但是，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、

　　

【正文】 信號(hào)提取方法和控制方法，以及新型數(shù)字控制器 (如數(shù)字信號(hào)處理器 )的采用。 有源電力濾波器研究現(xiàn)狀 目前，有源濾波技術(shù)已經(jīng)在日本、美國(guó)、德國(guó)等少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到應(yīng)用，有工業(yè)裝置投入運(yùn)行，裝置容量最高達(dá) 20MVA。國(guó)內(nèi)對(duì)有源電力濾波器研究起步較晚，直到20 世紀(jì) 80 年代末才有論文發(fā)表。 90 年代以來(lái)高等院校和科研機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行 APF 研究，雖然在理論上取得一些成果，但由于多方面條件限制，工業(yè)領(lǐng)域沒(méi)有廣泛應(yīng)用。諧波問(wèn)題的 研究可以分為以下幾個(gè)方面：諧波的定位與檢測(cè)、與諧波有關(guān)的功率理論的研究、諧波治理。 有源電力濾波器原理 有源電力濾波器 (Active Power Filter， APV)是一類重要的電力電子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的裝置，能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受系統(tǒng)阻抗的影響。和傳統(tǒng)的無(wú)源電力濾波器相比，是一種很有前途的消除或抑制負(fù)載或電網(wǎng)諧波手段。 下圖為最基本的有源電力濾波器系統(tǒng)構(gòu)成的原理圖： 22 系統(tǒng) 主要有兩大部分組成，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路 (由電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、和主電路三個(gè)部分組成 )。其中，指令電流運(yùn)算電路的主要功能是檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波電流分量，即所謂得諧波檢測(cè)電路。補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運(yùn)算電路得出的補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流。補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波電流相抵消，最終得到期望的電源電流。主電路目前均采用 PWM 變流器。 有源電力濾波濾波器可以動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，可以對(duì)大小和變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，有效改善電能質(zhì)量，克服了無(wú)源電力濾波器的缺點(diǎn) 。 有源電力濾波器 的特點(diǎn) 雖然無(wú)源濾波 器具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)階段廣泛用于配電網(wǎng)中，但由于濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對(duì)某些次諧波會(huì)產(chǎn)生放大作用，甚至諧振現(xiàn)象等因素，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們將濾波 研究 方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器 (APF)。 APF 即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。它與無(wú)源濾波器相比，有以下特點(diǎn)： ，還可抑制閃變，補(bǔ)償無(wú)功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)，在性價(jià)比上較為合理； ，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)； ，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波，即具有高度可控性和快速響應(yīng)性等特點(diǎn)。 電源 非線型負(fù)載諧波檢測(cè)電路PWM控制電路主電路 23 APF 作為改善供電質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在日本、美國(guó)、德國(guó)等 工業(yè) 發(fā)達(dá)國(guó)家已得到高度重視和日益廣泛的 應(yīng)用 ，因?yàn)樗兄鵁o(wú)源濾波器所不具備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但 目前要想在配電網(wǎng)中完全取代無(wú)源濾波器還不太現(xiàn)實(shí)。因?yàn)?APF的成本現(xiàn)階段仍然較高，隨著電力電子工業(yè)的發(fā)展，器件的性價(jià)比將不斷提高， APF 必然會(huì)得到更廣泛應(yīng)用。 有源電力濾波器拓?fù)浞诸? 直流 APF 和交流 APF 根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同， APF 可以分為直流 APF 和交流 APF 兩大類。直流 APF 主要用來(lái)消除高壓直流輸電系統(tǒng)換流站直流側(cè)的諧波，其研究較少 ，應(yīng)用也較少。 交流 APF 主要用于交流電力系統(tǒng)，是目前研究主要對(duì)象。 2．電壓型 APF 和電流型 APF 根據(jù)交流器中直流側(cè)儲(chǔ)能元件不同，可以分為電壓型 APF(儲(chǔ)能元件為電容、 )和電流型 APF(儲(chǔ)能元件為電感 )。由于體積和造價(jià)等原因，實(shí)際中絕大多數(shù)采用電壓型 APF。根據(jù)日本電氣學(xué)會(huì)的調(diào)查結(jié)果，兩者在實(shí)際應(yīng)用中所占比例是電壓型 %，電流型%。隨著超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體研究的進(jìn)展，超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體實(shí)用化和低成本，電流型 APF應(yīng)用會(huì)增多。 3．并聯(lián)型 APF 和串聯(lián)型 APF 根據(jù)接入電網(wǎng)方式，可以分為并聯(lián)型 APF 和串聯(lián)型 APF。并聯(lián)型 APF 并聯(lián)接入電網(wǎng)，相當(dāng)于一個(gè)受控電流源，消除電流型負(fù)載的諧波。并聯(lián)型 APF 最大優(yōu)點(diǎn)是安裝、調(diào)試、維修、保護(hù)方便，負(fù)載甚至不用斷電就可將 APF 安裝投入運(yùn)行，所以工業(yè)上投入運(yùn)行并有源電力濾波器APF直流交流混合型單獨(dú)使用并聯(lián)型串聯(lián)型 串聯(lián)混合型 并聯(lián)混合型串并聯(lián)混合型UP QC注入型與LC串 聯(lián)與LC并 聯(lián) 24 聯(lián)型 APF 占多數(shù)。但由于 APF 是和被補(bǔ)償諧波負(fù)載并聯(lián)在電網(wǎng)上，須承受電網(wǎng)基波電壓，這使其逆變器容量很大，成本很高，這是并聯(lián)型 APF 最大缺點(diǎn)。串聯(lián)型 APF經(jīng)過(guò)耦合變壓器串聯(lián)接入電網(wǎng)，相當(dāng)于一個(gè)受控電壓源。串聯(lián)型 APF 流過(guò)正常負(fù)荷電流，損耗較大。另外，串聯(lián)型 APF 安裝、投切、故障后的退出及各種保護(hù)也較復(fù)雜，單獨(dú)使用串聯(lián)型 APF例子較少。從補(bǔ)償對(duì)象來(lái)看，并聯(lián)型 APF 適合補(bǔ)償電流型諧波負(fù)載，串聯(lián)型 APF 適合補(bǔ)償電壓型諧波負(fù)載。 4．混合型 APF（ HAPF） 由于受開關(guān)器件限制，高頻變流器容量有限，且其造價(jià)隨容量增大而急劇增加，于是便提出各種 APF 和 PPF 相結(jié)合的混合型 APF(HAPF)，可以減少有源部分容量，提高裝置經(jīng)濟(jì)性。下面列出幾種典型 HAPF 拓?fù)洹? (1)并 聯(lián) APF+并聯(lián) PPF（如圖） 由于電網(wǎng)與 APF 及 APF 與 PPF 之間存在著諧波通道，特別是 APF 與 PPF 之間諧波通道，可能使 APF 注入的諧波電流又流入 PPF 和系統(tǒng)中，特別是在公共連接點(diǎn) (PCC)的電網(wǎng)諧波電壓較高，即背景諧波較大時(shí)尤甚， PPF 有過(guò)載燒壞的危險(xiǎn)。所以較好方法是 APF和 PF 按頻率分段完成濾波功能，即由 PPF 濾除低次諧波， APF 濾除高次諧波，或者反之。前者 PPF 由多組單調(diào)諧濾波器及高通濾波器組成，用于濾除負(fù)載中占主要成分的低次諧波； APF 采用高頻變流器，濾除剩余的高次諧波電流，由 于高次諧波電流幅值較小，故APF 容量可以大大降低。后者 PPF 為一組高通濾波器，濾除高次諧波及 APF(變流器 )產(chǎn)生的開關(guān)次諧波，而 APF 只補(bǔ)償較低次諧波，這樣，變流器開關(guān)頻率可以較低，可以采用頻率較低的大功率開關(guān)器件，降低成本，減少損耗。這種 HAPF 容量雖然降低了，但是 APF 仍然承受全部基波電壓，開關(guān)器件耐壓等級(jí)沒(méi)有降低。 (2)串聯(lián)型 APF+并聯(lián) PPF 變流器電網(wǎng)負(fù)載變流器電網(wǎng)負(fù)載 25 串聯(lián) APF 相當(dāng)于一個(gè)電流控制電壓源，產(chǎn)生與電網(wǎng)支路中諧波電流成正比的諧波電壓。因此對(duì)諧波電流而言， APF 可以等效為一個(gè)諧波電阻，當(dāng)諧波電阻的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)阻抗和無(wú)源濾波器等效阻抗時(shí)，電網(wǎng)支路電壓和電流中將只有很小的諧波殘余。對(duì)基波而言， APF 呈幾乎為零的極低阻抗，不消耗基波功率。因此， APF 相當(dāng)于一個(gè)諧波隔離裝置。串聯(lián) APF 將迫使負(fù)載的諧波電流流入無(wú)源濾波器，同時(shí)也阻止了電源的諧波電壓竄入負(fù)載側(cè)。對(duì)諧振頻率處的諧波，無(wú)源濾波器呈極低阻抗。 這種方案結(jié)合了無(wú)源濾波器和有源濾波器各自優(yōu)點(diǎn)，裝置的補(bǔ)償容量可以做的很大。由于大部分諧波由相對(duì)廉價(jià)的無(wú)源濾波器濾除，裝置成本相對(duì)較低。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：在低次諧波及其它頻率處，要使 APF 的等效諧波電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無(wú)源濾波器 等效阻抗是很難的，因此對(duì)電網(wǎng)中閃變分量，用該方法不能實(shí)現(xiàn)隔絕；當(dāng)負(fù)載電流中存在無(wú)源濾波器不能濾除的諧波時(shí)，由于 APF 強(qiáng)制這部分諧波流入 PPF，這將在負(fù)載入端產(chǎn)生諧波電壓；由于 APF 串聯(lián)在電路中，絕緣較困難，維護(hù)也不方便；在正常工作時(shí)，注入變壓器仍然跟單獨(dú)使用的串聯(lián)型 APF 中一樣流過(guò)所有負(fù)載。 (3)APF 與 PPF 并聯(lián)后并聯(lián)接入電網(wǎng) 該方式中諧波主要由 PPF 濾除， APF 作用是改善 PPF 濾波特性。在這種方式中， APF不直接承受系統(tǒng)基波電壓，因此裝置容量小，開關(guān)器件耐壓等級(jí)降低，以天廣直流輸電系統(tǒng)為例， 2021MW 輸電能力的換流站采用有源濾波器的容量?jī)H為 2 200MW，克服了大容量 APF 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、損耗大、成本高的缺點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)獲得良好性能。另外， APF 維護(hù)時(shí)， PPF 仍能正常工作，不影響系統(tǒng)基本運(yùn)行。電路如 下 圖所示。 5．統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器 由于并聯(lián)型 APF 和串聯(lián)型 APF 各有優(yōu)缺點(diǎn)，而且其優(yōu)缺點(diǎn)存在互補(bǔ)性，所以人們將并聯(lián)型 APF 和串聯(lián)型 APF 結(jié)合起來(lái)，研制出了串并聯(lián)諧波綜合控制器，通常稱為統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。 電網(wǎng) 負(fù)載變流器 26 串聯(lián) APF 并聯(lián) APF 4 諧波綜合治理的展望 日益 嚴(yán)重的諧波污染已引起各方面的高度重視。隨著對(duì)諧波產(chǎn)生的機(jī)理、諧波現(xiàn)象的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，將會(huì)找到更加有效的方法抑制和消除諧波，同時(shí)也有助于制定更加合理的諧波管理標(biāo)準(zhǔn)。加大對(duì)諧波研究的投入將會(huì)大大加快對(duì)諧波問(wèn)題的解決，當(dāng)然諧波問(wèn)題的最終解決將取決于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)的發(fā)展。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)、諧波抑制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展、法制的進(jìn)一步完善和對(duì)高效利用能源要求的增強(qiáng)，諧波治理問(wèn)題最終將會(huì)得到妥善的解決。 隨著我國(guó)電能質(zhì)量治理工作的深入開展，基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的有源濾波器進(jìn)行諧波治理將會(huì)有巨大的市場(chǎng)潛力。綜合 動(dòng)態(tài)的諧波治理措施并同時(shí)考慮電網(wǎng)的無(wú)功功率補(bǔ)償問(wèn)題，是電力企業(yè)當(dāng)前面臨的一大課題。但是要消除諧波污染，除在電力系統(tǒng)中大力發(fā)展高效的濾波措施外，還必須依靠全社會(huì)的努力，在設(shè)計(jì)、制造和使用非線性負(fù)載時(shí)，采取有力的抑制諧波的措施，減小諧波侵入電網(wǎng)，從而真正減少由于諧波污染帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。 電網(wǎng) 負(fù)載變流器變流器 27 致 謝 非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我的關(guān)心與支持。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師賈小兵老師的悉心指導(dǎo)下完成的。他的細(xì)心指導(dǎo)對(duì)我的編寫起到了至關(guān)重要的作用。在此，我謹(jǐn)向賈老師表示衷心的感謝！ 本次論文的撰寫過(guò)程異常的困難，要 面對(duì)無(wú)數(shù)的難題。從格式到內(nèi)容，無(wú)一不是要討論的話題。經(jīng)過(guò)老師和同學(xué)的幫助，我的論文格式開始有了初稿。在編寫過(guò)程中也出現(xiàn)了很多的困難 ,我必須要查閱很多的書籍來(lái)證明此論述。在網(wǎng)絡(luò)上找了好久才找到一點(diǎn)關(guān)于此類的資料書籍，但是不足以用來(lái)闡述問(wèn)題。詢問(wèn)老師后，終于在網(wǎng)上找到了想要的資料，我開始一點(diǎn)一點(diǎn)的完善設(shè)計(jì)。在編寫過(guò)程中，我還和同學(xué)們一起交流討論，大家取長(zhǎng)補(bǔ)短，把設(shè)計(jì)中沒(méi)有的或者欠缺的部分給補(bǔ)足，使設(shè)計(jì)越來(lái)越詳細(xì)易懂。非常感謝賈老師和同學(xué)們的幫助。在此，致以衷心的感謝和崇高的敬意！ 另外，還要特別感謝我的班主任， 是他無(wú)微不至的關(guān)心與支持，使我能有足夠的時(shí)間與空間來(lái)做畢業(yè)設(shè)計(jì)。非常感謝他的理解與幫助。三年來(lái)，他把所有的精力都用在教學(xué)上。不但讓我們學(xué)到了有用的書本知識(shí)，更教會(huì)我們做人處事的道理。今后我會(huì)好好努力，不管是工作，還是做人，我都會(huì)做到最好！ 最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議好參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。 28 參考文獻(xiàn) 1 朗文川、供電系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生、危害及其防護(hù)對(duì)策?！陡唠妷杭夹g(shù)》 2021,6. 2 孫書敏、智力諧波危害、抑制電網(wǎng)污染、提高電網(wǎng)質(zhì)量?！?2021 年（江蘇）工程電氣設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)文集》 3 宋文南，劉寶仁．電力系統(tǒng)諧波分析 [M]．中國(guó)電力出版社， 1988． 09． 4 王海濤，石剛，張慧琦．電力系統(tǒng)諧波分析 [J]．黑龍江電力， 2021， 24(3)：239242． 5 吳竟昌．電力系統(tǒng)諧波 [M]．水利電力出版社， 1988． 11 6 楊斌文，劉麗英，王文虎．電力系統(tǒng)中的諧波的危害與產(chǎn)生 [J]，電氣時(shí)代 2021，2： 30— 31 7 羅安．電網(wǎng)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)及裝備 [M]．中國(guó)電力出版社， 2021． 04． 8 孫樹勤，林海雪 .干擾性符合的供電 ［ M］ .北京：中國(guó)電力出版社， 1999. 9 劉力宏 .致力諧波污染、提高電能質(zhì)量 .電氣時(shí)代， 2021，（ 8） 41242. 10 楊斌文 .電力系統(tǒng)中諧波的抑制方法 .電氣時(shí)代， 2021,(3) 55256 11 邱關(guān)源 .電路（上冊(cè)） .北京；人民教育出版社， 1982. 12 翁利民．電力電子技術(shù)與諧波抑制，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究綜述 [J]．電力電容 2021，3： 6— 10． 13 錢照明，葉忠明，董伯藩．諧波抑制技術(shù) [J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 1997， 21(10)： 48— 54. 14 李燕青，陳志業(yè)，李鵬等．電力系統(tǒng)諧波抑制 技術(shù) [J]．華北電力大學(xué)學(xué)報(bào) 2021，28(4)： 19— 22.