【正文】 這種方案結(jié)合了無源濾波器和有源濾波器各自的優(yōu)點，裝置的補(bǔ)償容量可以做的很大由于大部分諧波由相對廉價的無源濾波器濾除，裝置成本相對較低。對基波而言，有源電力濾波江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 26 器呈零阻抗，不消耗基波功率 。 但是， 串聯(lián)型有源電力濾波器存在絕緣強(qiáng)度高、難以適應(yīng)線路故障條件以及不能進(jìn)行無功功率動態(tài)補(bǔ) 償?shù)热秉c，且負(fù)載的基波電流全部流過連接用的變壓器，其工程實用性受到限制。 (1) 單 獨使用的串聯(lián)型有源電力濾波器 負(fù) 載 C交 流 器A P F負(fù) 載esL1 L2L3 L負(fù) 載變 流 器 圖 35 單獨使用的串聯(lián)型有源電力濾波器 圖 35 是單 獨使用的串聯(lián)型有源電力濾波器的原理圖，串聯(lián)型有源電力濾器通過變壓器串聯(lián)于輸電 線路中。 變流器L C 濾 波 器es L1 L2 C 負(fù)載 圖 34 有源電力濾波器與濾波器并聯(lián)方式 這種電路中，并聯(lián)有源濾波器起著諧波補(bǔ)償?shù)淖饔茫?LC 濾波器濾除大部分諧波，因此并聯(lián)有源濾波器容量很小。此時， LC 濾 波器補(bǔ)償、吸收比較固定的無功功率和頻率較離的諧波成分，而并聯(lián)有源濾波器補(bǔ)償變化較快的沖擊性無功功率和頻率較低的諧波成分。因為兼其大的補(bǔ)償容量和寬的補(bǔ)償頻帶比較困難，新以單獨使用的并聯(lián) 型有源邀力濾波江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 24 器只適合于電流型諧波源的治理。這種裝置相當(dāng)于一個諧波發(fā) 生器，他跟蹤諧波電流中豹諧波分量，產(chǎn)生與之相反的諧波電流，從兩抵消諧波源產(chǎn)生靜諧波流。由上述分析我們還可看到，有源電力濾波器可同時補(bǔ)償無功功率，這時只需使 1C h qi i i?? 。負(fù)載電流 i 按博里葉級數(shù)展開為： ? ? ? ?1 1 1 11211sin c o s sin sin c o s sinl n n nnnp q hi I n wt I wt I wt I n wti i i? ? ? ?????? ? ? ? ? ?? ? ??? (31) 上式中， 1pi ? 11cos sinI wt? 是基波有功電流； 1qi ? 11sin cosI wt? 是基波無功電流； hi ? ? ?2 s innnn I nw t ??? ?? 是高次諧波電流。 江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 22 (3) 不會與電網(wǎng)發(fā)生串或 并聯(lián)諧振現(xiàn)象，且能有效地抑制系統(tǒng)與無源濾波器之間的諧振； (4) 不存在過載現(xiàn)象，當(dāng)負(fù)載諧波電流較大時，仍能繼續(xù)運行。隨著功率半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展 ， 1976 年 等人提出采用功率晶體管 和 PWM 逆變器來 構(gòu)造 APF， 從而確立了 APF 的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法 [45]。 有 源濾波器 (Active Power Filter) 有源電 濾波器 (Active Power Filter，簡稱 APF)是 一種動態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對頻率和幅值都變化的諧波和無功進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無源濾波器的不足，獲得 比無源濾波器更好的補(bǔ)償特性。 (5) 諧 波電流增大時，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，可能造成濾波器過載。在實際應(yīng)用中常用幾組單調(diào)濾波器和一組高通濾波器組成濾波器裝置。濾波器可分為無源濾波器和有源濾波器。 (3) 利用多重化技術(shù) 目前在主動型諧波抑制中，很重要的發(fā)展趨勢就是將各種方案融合在一起，使各種方案優(yōu)勢互補(bǔ)。 (2) 利用脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù) 采用 PWM 技術(shù)的基本原理是在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖，來達(dá)到抑制諧波的目的。理論上講，隨著脈數(shù)的增加，網(wǎng)側(cè)電流諧波成分減少，電流波形接近于正弦波，即對諧波的抑制效果愈好。設(shè)法抑制由各種非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波；對于作為電力系統(tǒng)中主要諧波源 的電力電子裝置，這兩種方法有各自的優(yōu)點和適用范圍，近年來都得到了較快的發(fā)展。 (9) 諧波對人體有影響 從人體生理學(xué)來說，人體細(xì)胞在受到刺激興奮時，會在細(xì)胞膜靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生快速電波動或可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。在工作中它們都有可能造成誤動作。 由此可知，上述三種配電斷路器都可能因諧波產(chǎn)生誤動作。 (5) 對電動機(jī)的危害 諧波對異步電動機(jī)的影響，主要是增加電動機(jī)的附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時使電動機(jī)過熱。另外，電纜的電阻、系統(tǒng)母線側(cè)及線路感抗與系統(tǒng)串聯(lián)，提高功率因數(shù)用的電容器及線路的容抗與系統(tǒng)并聯(lián)，在一定數(shù)值的電感與電容下可能發(fā)生諧振。諧波還使變壓器的鐵耗增大，這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。另外，諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形，尖頂電壓波易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電，且由 于電壓變化率大，局部放電強(qiáng)度大，對絕緣介質(zhì)更能起到加速老化的作用，從而縮短電容器的 使用壽命。如民用配電系統(tǒng)中的中性線， 由于 熒光燈、調(diào)光燈、計算機(jī)等負(fù)載，會產(chǎn)生大量的奇次諧波；三相配電線路中，相線上的 3 的整數(shù)倍諧波在中性線上會疊加，使中性線 的電流值可能超過相線上的電流。 諧波造成的危害 電網(wǎng)諧波造成電網(wǎng)污染，正弦電壓波形畸變，使電力系統(tǒng)的發(fā)供用電設(shè)備出現(xiàn)許多異?，F(xiàn)象和故障，情況日趨嚴(yán)重。當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時，設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流波形因而發(fā)生了畸變。發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕緣對稱，以及其它一 些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波 ,但一般很少。當(dāng)電力系統(tǒng)中存在具有非線性的用電設(shè)備時，即使給這些設(shè)備供給理想的正弦波電壓，它取用的電流也是非正弦的，即有諧波電流存在．含半導(dǎo)體非線性元件的諧波源是電力系統(tǒng)的主要諧波源，如各種硅整流裝置、晶閘管等，它們遍布于電力系統(tǒng)中，按一 定的規(guī)律開閉不同的電路，將諧波電流注入系統(tǒng)。 諧波的特征量 為了表示畸變波形偏離正弦波形的程度，最常用的特征量有諧波含量、諧波總畸變 率和第 n 次諧波的含有率。在進(jìn)行諧波分析時，正弦電壓通常由下數(shù)學(xué)式表示 [34]： ? ? ? ?2 s inu t U w t a?? (21) 式中 U－ 電壓 有效值； a－ 初相角 ； w－ 角頻率 ； 2 2 /w f T???? f － 頻率 ； T－ 周期 。 (6) 對全文進(jìn)行了總結(jié)和展望 江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 13 第二章 電力諧波分析 電力諧波的基本概念 國際上通行的諧波定義為 [33]：“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。 (2) 在 第二章中，對電力諧波的基本概念和特征參數(shù)進(jìn)行了闡述，研究了諧江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 12 波產(chǎn)生的原因和諧波的 危害。 (3) 從長遠(yuǎn)角度 看，隨著半導(dǎo)體器件制造水平的迅速發(fā)展，混合型濾波系統(tǒng)低成本的優(yōu)勢將逐漸消失 ，而串并聯(lián) APF 由于 其功能強(qiáng)大、性價比高，將是很有發(fā)展前途的有源濾波裝置。我國雖然在理論上取得了一定的進(jìn) 展，由于多方面條件的限制，我國的有源濾波技術(shù)還處在研究試驗階段，工業(yè)應(yīng)用上只有少數(shù)幾臺樣機(jī)投入運行，至今未有并聯(lián)型有源電力濾波器正式產(chǎn)品用于實際。研究最成熟的是并聯(lián)型，而且主要以理論研究和試驗研究為主。 電力系統(tǒng)的諧波及抑制研究問題近幾十年來在世界范圍內(nèi)得到了十分廣泛的關(guān)注，國際電 工 委員會 (OEC)、 國際大電網(wǎng)會 議 (CIGRE)、 國際供電 會議 (CIRED)及 美國電氣和電子工程師 學(xué)會 (IEEE)等 國際性學(xué)術(shù)組織，都相繼成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，并已制定出了限制電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 。 APF 一 般分為并聯(lián)型、串聯(lián)型和混合型三種。 20 世紀(jì) 80 年代由于大功率全控型功率器件的 成熟， PWM 技術(shù)的進(jìn)步，以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流實時監(jiān)測 方法 的提出，使 APF 得以迅猛發(fā) 展。但它也有江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 10 其一些不足之 處 [6,7,8]， 主要表 現(xiàn)為： 由于系統(tǒng)中的電源和 線路都存在阻抗，所以會影響補(bǔ)償特性： 單 調(diào)諧無源濾波器僅在其調(diào)諧點及附近具有較好的濾波效果，偏離調(diào)諧點后，濾波效果將明顯變差。由于諧波源的多樣性，在電網(wǎng)中一般還是加裝濾波器的方法來抑制高次諧波，這些裝置一般可分類為無源濾波器和有源濾波器兩種。發(fā)達(dá)國 家的經(jīng)驗和預(yù)測表明，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非線性負(fù)荷用電設(shè)備的種類、數(shù)量和用電量迅猛增加。所以．此方法只適用于三相電壓正舷、對稱情況下的三相電路諧波和基波無功電流的檢測。缺點是動態(tài)響應(yīng)速度較慢。文 獻(xiàn) [4]將 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和自適應(yīng)對消噪聲技術(shù)相結(jié) 合， ADLINE 矩陣作為輸入，建立相應(yīng)的測量電路，這種方法的自適應(yīng)能力較強(qiáng)。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于諧波測量，主要涉及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、樣本的確定和算法的選擇，目前己有一些研究成果。 (3) 小 波變換檢測法 對諧波電流進(jìn)行動態(tài)抑制時，不必分解出各次諧波分量．只需檢測出除基波電流外的總畸變電流，但對出現(xiàn)諧波的時間問題，傅里葉變換就無能為力。模擬信號經(jīng)采樣，離散化為數(shù)字序列信號后，經(jīng)微型計算機(jī)進(jìn)行諧波分析和計算，得到基波和各次諧波的幅值和相位，并可獲得更多的信息，如諧波功率、諧波阻抗以及對諧波進(jìn)行各種統(tǒng)計和分析等，各種分析計算結(jié)果可在屏幕上顯示或按需要打印輸出。該檢測法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低，輸出阻抗低，結(jié)果易于控制。諧波測量方法雖然在算法設(shè)計和現(xiàn)實中 占據(jù)主導(dǎo)地位，但輔助算法在很大程度上決定了其能否預(yù)期執(zhí)行和裝置的可靠性，故不能忽視對它的設(shè)計。為此，除了引進(jìn)發(fā)達(dá)國家研制的諧波監(jiān)測儀器外，還應(yīng)當(dāng)研究符合我國電網(wǎng)現(xiàn)狀的諧波分析方案，以提高電網(wǎng)諧波監(jiān)測分析水平，這對于抑制高次諧波含量是十分必要和有價值的。我國過去對電網(wǎng)中的諧波問題未加重視和研究。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀．其次，諧波研究的意義還可以上升到治理環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境的角度來認(rèn)識．對電力系統(tǒng)這個環(huán)境來說，無諧波是“綠色”的主要標(biāo)志之一。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變 。 江 蘇 大 學(xué) 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 4 目 錄 第一章 緒論 ....................................................... 6 諧波的提出及研究意義 ...................................................................................... 6 國內(nèi)外電力諧波檢測與分析方法研究現(xiàn)狀 ...................................................... 7 電力諧波檢測與分析方法的發(fā)展趨勢 ............................................................. 9 諧波抑制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................. 9 國外抑制技術(shù)研究現(xiàn)狀 ........................................................................... 9 國內(nèi)抑制技術(shù)研究現(xiàn)狀 ......................................................................... 10 本文主要的研究工作 ........................................................................................ 11 第二章 電力諧波分析 ............................................ 13 電力諧波的基本概念 ........................................................................................ 13 電力諧波的表示 方法 ............................................................................. 13 諧波的特征量 ..........................................................................