【正文】 39 式中 三相電路各相瞬時(shí)無功電流、是、兩相瞬時(shí)無 功電流、兩相到三相變化得到的，瞬時(shí)有功電流、是、兩相瞬時(shí)有功電流、通過兩相到三相變化得到的。在圖32 所示 坐標(biāo)系上，矢量、和、分別可以合成為旋轉(zhuǎn)電壓矢量和電流矢量。 從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)可知，基于瞬時(shí)無功功率的 法使用需要滿足或，也就是說 法僅適用于三相對稱的情況。在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了 法。 3 有源電力濾波器的諧波檢測及控制策略 有源電力濾波器的諧波檢測 瞬時(shí)無功功率理論 瞬時(shí)無功功率理論首先于 1983 年由日本學(xué)者赤木泰文提出，主要針對三相三線制電路總諧波的實(shí) 時(shí)檢測。 4 根據(jù)主電路的形式分類 根據(jù)主電路的形式，有源電力濾波器可分為單個(gè)主電路有源電力濾波器和多重化主電路有源電力濾波器。圖 23 e 所示為與 LC 濾波器混合使用的串聯(lián)型 APF，基波基本上是由 LC 濾波器補(bǔ)償，有源電力濾波器的作用是改善 LC 濾波器的濾波特性。由于無源濾波器 與有源電力濾波器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易實(shí)現(xiàn)，而有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償性能好，兩者混合使用，既可克服有源電力濾波器容量大、成本高的缺點(diǎn)，又可使系統(tǒng)獲得良好的性能。圖 23 b 所示為串聯(lián)型 APF，主要用于消除電壓型諧波源對系統(tǒng)的影響，由于串聯(lián)型 APF 中流過的是正常負(fù)載電流，因此損耗較大，故此一般較少使用。 2 根據(jù)接入電網(wǎng)方式分類 a b c d e 圖 APF 接入電網(wǎng)方式 a 并聯(lián)型 APF b 串聯(lián)型 APF c 與 LC 濾波器并聯(lián)使用的并聯(lián)型 APF d 與 LC 濾波器串聯(lián)使用的并聯(lián)型 APF e 與 LC 濾波器混合使用的串聯(lián)型APF 根據(jù)接入電網(wǎng)的方式分類，有源電力濾波器可分為并聯(lián)型 APF、串聯(lián)型 APF、串 并聯(lián)型 APF 及混合型 APF。 a b 圖 a 電壓型 APF b 電流型 APF 電壓型 APF 的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)損耗少、濾波效率高，是絕大多數(shù) APF 采用的主電路結(jié)構(gòu)。 有源電力濾波器的分類 1 根據(jù)直流側(cè)儲能元件分類 根據(jù)有源電力濾波器主電路直流側(cè)儲能元件的不同，可分為電壓型 APF 和電流型 APF。 6 能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。 4 即使補(bǔ)償對象電流過大，有源電力濾波器也不會發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用。 2 可同時(shí)對諧波和無功進(jìn)行補(bǔ)償，且補(bǔ)償?shù)臒o功大小可以進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。這樣，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波和無功相抵消，電源電流等于負(fù)載電流的基波有功分量。這樣就達(dá)到了抑制電源電流中諧波的目的。 有源電力濾波器的基本工作原理為：通過檢測補(bǔ)償對象中的諧波和無功電流成分，得到控制補(bǔ)償電流的指令信號，該指令信號經(jīng)由補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流，從而將補(bǔ)償對象中的諧波和無功電流抵消掉，最終得到期望的系統(tǒng)電流。電流檢測電路的功能是檢測補(bǔ)償對象中的諧波和無功等電流分量；控制電路的作用是將檢測出來的電流分量進(jìn)行轉(zhuǎn)換來控制補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流；補(bǔ)償電流發(fā)生電路主要是根據(jù)控制電路的信號產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流。 圖 有源電力濾波器系統(tǒng)原理框圖 圖中，非線性負(fù)載為諧波源，它能產(chǎn)生諧波并消耗無功。 2 有源電 力濾波器的原理及其結(jié)構(gòu) 有源電力濾波器的原理 有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，可以克服 LC 濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)。根據(jù)前幾章的內(nèi)容得到有源電力濾波器的硬件電路設(shè)計(jì)，有源電力濾波器由三相橋式逆變器構(gòu)成的主電路、 DSP 芯片為核心的控制電路和電信號的檢測與調(diào)理電路三部分構(gòu)成。 4 提出新的諧波電流檢測理論、新的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、新的控制策略，來提高濾波系統(tǒng)的性能，降低有源濾波器的成本。 2 補(bǔ)償裝置的數(shù)字化、智能化合多功能化，提高系統(tǒng)的集成度和可靠性，增加濾波器功能，使其除了補(bǔ)償諧波電流外，還可以抑制電壓閃變和電壓不平衡，具備綜合補(bǔ)償功能。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，當(dāng)前大功率濾波裝置可采用與無源濾波器并聯(lián)使用的混合型濾波系統(tǒng)，以減少 APF 容量，達(dá)到降低成本、提高效率的目的。 3 有源電力濾波器工作在高頻狀態(tài)，其產(chǎn)生的電磁干擾和電磁元件的發(fā)熱也是妨礙其使用的一個(gè)因素。 2 有源電力濾波器的自身損耗。但目前有源電力濾波器在國內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用并不多，這與我國日益嚴(yán)重的諧波污染很不適應(yīng)，阻礙該技術(shù) 廣泛應(yīng)用的因素主要是： 1 與無源濾波器相比，有源電力濾波器設(shè)備的初期費(fèi)用偏大。同時(shí)大功率全控型器件如大功率晶體管 GTR 、大功率門極可關(guān)斷晶閘管 GTO 、靜電感應(yīng)晶體管 SIT 、絕緣柵雙極晶體管 IGBT 等的出現(xiàn)， PWM 控制技術(shù)的不斷進(jìn)步以及大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，使得有源電力濾波器從實(shí)驗(yàn)室走向了生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用。 進(jìn)入 80 年代以來，隨著電力電子技術(shù)以及 PWM 控制技術(shù)的不斷成熟，有源電力濾波器的研究逐漸活躍起來，成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。 1976 年， 等人提出了采用大功率晶體管 PWM 控制變換器構(gòu)成的有源電力濾波器 ，正式確立了有源電力濾波器的概念、主電路基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法。即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，以抵消電源的諧波電流，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。 有源電力濾波器的簡介 有源電力濾波器的發(fā)展歷史 有源電力濾波器的思想最早可以追溯 20世紀(jì) 60年代末， 19h發(fā)表的論文中，描述了通過向電網(wǎng) 注入三次諧波電流來補(bǔ)償電源電流中的諧波成分，從而改善電源電流的新方法，可以看做有源電力濾波器基本思想的萌芽。 由于無源電力濾波裝置存在著許多的缺點(diǎn)和不足之處，為了解決這些問題，人們開始對有源電力濾波技術(shù)進(jìn)行探討。它具有結(jié)構(gòu)簡單，投入費(fèi)用低，運(yùn)行成本低，可在很寬的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)為低阻抗，可抑制多個(gè)頻率的諧波，在吸收高次諧波的同時(shí)補(bǔ)償無功功率，還具有改善負(fù)載功率因數(shù)的功能。 諧波的治理 諧波的治理主要有兩條途徑：一是主動治理，即從諧波源本身出發(fā)，使諧波源不產(chǎn)生諧波或降低諧波源產(chǎn)生的諧波，這只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置，如有源功率因數(shù)校正技術(shù)和 PWM 整流 技術(shù)；二是被動治理，即設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置，抵消諧波源注入電網(wǎng)的諧波，如各種無源、有源濾波器，這對各種諧波源都適用。 諧波 主要指標(biāo) 為了定量表示電力系統(tǒng)正弦波形的畸變程度，采用以各次諧波含量及諧波總量大小表示諧波波形畸變指標(biāo)： 1 第 n 次諧波電壓含有率和第 n 次諧波電流含有率 11 12 式中：是第 n 次諧波電壓有效值；是基波電壓有效值；是第 n 次諧波電流有效值；是基波電流有效值。在總結(jié)執(zhí)行 SD12684 的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國情，吸收國外諧波標(biāo)準(zhǔn)研究成果的基礎(chǔ)上，國家技術(shù)監(jiān)督局于 1993 年頒布了新的《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn) GB/T1459493 ，規(guī)定了電網(wǎng)標(biāo)稱電壓為 公用電網(wǎng)中的電壓總畸變率和公共連接點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入的諧波電流分量。IEC605552 于 1982 年制定，在 1995 年修訂，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)為 IEC6100032。 IEEE60519 標(biāo)準(zhǔn)于 1981 年制定，并于 1992 年進(jìn)行了修訂，該標(biāo)準(zhǔn)是從電網(wǎng)的角度來對公共接點(diǎn)的電壓和電流波形的畸變進(jìn)行限制的。 諧波標(biāo)準(zhǔn) 為了避免諧波危害，保持高的電能質(zhì)量，一些國家和國際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)相繼制定了相關(guān)的諧波標(biāo)準(zhǔn)。電力測量儀表一般是按照工頻正弦波設(shè)計(jì)的，當(dāng)有諧波將產(chǎn)生誤差。因?yàn)楸Ｗo(hù)和控制設(shè)備通常是為所加電壓和電流的工頻和正弦波形而設(shè)計(jì)的，所以諧波會影響它們的工作特性，嚴(yán)重時(shí)會引起誤動作。如諧波電流和電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩會使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動，可能損壞電機(jī)設(shè)備。 2 引起設(shè)備過載，惡化 絕緣條件，縮短設(shè)備壽命。諧波對電力系統(tǒng)的危害主要表現(xiàn)為： 1 消耗無功，增加附加損耗，增加設(shè)備的升溫。引起電力系統(tǒng)諧波的主要諧波源有：電力變壓器的非線性勵(lì)磁、旋轉(zhuǎn)電動機(jī)引起的諧波、電弧爐引起的波形畸變和各種電力電子裝置產(chǎn)生的諧波。 20 世紀(jì) 70 年代以來，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣范，諧波造成的危害也日趨嚴(yán)重，諧波問題引起了世界各國的廣泛關(guān)注。到 19 發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文更是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。 1 有源濾波器的初步規(guī)劃 課題研究背景及意義 諧波問題的研究和發(fā)展 諧波問題 19 世紀(jì)末，當(dāng)交流電剛剛步入人 們的視線時(shí)，人們就發(fā)現(xiàn)了電流、電壓畸變的問題，并開始對畸變的原理和消除方法進(jìn)行研究。 有源電力濾波器的發(fā)展最早可以追溯到 20 世紀(jì) 60 年代，但直到 1983 年赤目泰文提出三相電路瞬時(shí)無功功率理論，為有源電力濾波器的實(shí)際應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，極大的促進(jìn)了有源電力濾波器的發(fā)展。為了解決這些問題，提出了有源電力濾波器。 傳統(tǒng)的抑制諧波的方法是使用 LC 無源電力濾波器，它具有結(jié)構(gòu)簡單，成本較低的優(yōu)點(diǎn)，目前技術(shù)已經(jīng)比較成 熟。諧波對電力系統(tǒng)的危害很大，它會：消耗無功，增加附加損耗，增加設(shè)備升溫，加速設(shè)備老化；引起設(shè)備過載，縮短設(shè)備壽命；降低負(fù)載的工作性能；造成保護(hù)和控制電路的誤動作；影響測量儀器精度，造成電能計(jì)量誤差；對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾等。由諧波引起的各種故障和事故不斷發(fā)生，對生產(chǎn)和生活造成了不必要的損失，為此諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)确矫娴难芯?，已?jīng)成為了研究熱點(diǎn)，引起人們的廣泛關(guān)注。 20 世紀(jì) 50 年代和 60 年代，高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展推動了變流器諧波研究的進(jìn)一步深入。到了 20 世紀(jì) 30 年代在德國，由于使用靜止汞弧變流器造成了電流、電壓波形的畸變，電力系統(tǒng)的諧波問題就引起了人們的關(guān)注和研究。 論文還對本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜述，總結(jié)了有源電力濾波 器的優(yōu)點(diǎn)，并提出了設(shè)計(jì)中的不足之處。 本文概 述了國內(nèi)外諧波研究的發(fā)展，綜述了有源電力濾波器的發(fā)展趨勢，并討論了有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)與工作原理。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）