【正文】 性 能 較 差 ， 難 以 對(duì) 變 化 的 無(wú) 功 功 率 和 諧 波 進(jìn) 行 有 效 的 補(bǔ) 償 。 近 年 來(lái) ， 隨 著 以GTO、 BJT 和 IGBT 為 代 表 的 全 控 型 器 件 向 大 容 量 化 、 高 頻 化 方 向 的 不 斷 發(fā) 展 ， 采用 電 力 電 子 技 術(shù) 的 各 種 有 源 補(bǔ) 償 裝 置 發(fā) 展 很 快 。 因 此 ， 本 文 就 并 聯(lián) 型 有 源 電 力 濾 波 器 進(jìn) 行 了 設(shè) 計(jì) 和 研 究 。因此，諧波治理成為了電能質(zhì)量問(wèn)題的核心內(nèi)容之一，也是現(xiàn)代電力生產(chǎn)發(fā)展的迫切要求。有 源 電 力 濾 波 器 的 控 制 技 術(shù) 是 有 源 電 力 濾 波 器 的 關(guān) 鍵 之 一 。 但 模 擬 控 制 存 在 電 路 復(fù) 雜 、 控 制 性 能 差 、 易 受 環(huán)境 干 擾 等 缺 點(diǎn) 。 諧波問(wèn)題及研究現(xiàn)狀 “諧 波 ”一 詞 起 源 于 聲 學(xué) 。 傅 立 葉 等 人 提 出 的 諧 波 分 析 方 法 至 今 仍 被 廣 泛 使 用 。到 了 50 年 代 和 60 年 代 ， 由 于 高 壓 直 流 輸 電 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 發(fā) 表 了 有 關(guān) 變 流 器 引起 電 力 系 統(tǒng) 諧 波 問(wèn) 題 的 大 量 論 文 。 世 界 各 國(guó) 都 對(duì) 諧 波 問(wèn) 題 予 以 充 分 的 關(guān) 注 。制 定 限 制 諧 波 的 標(biāo) 準(zhǔn) 是 解 決 電 力 系 統(tǒng) 諧 波 危 害 的 影 響 的 重 要 措 施 。參 照 國(guó) 外 標(biāo) 準(zhǔn) ， 我 國(guó) 先 后 于 1984 年 和 1993 年 分 別 制 定 了 限 制 諧 波 的 規(guī) 定 和國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 。 國(guó)家 技 術(shù) 監(jiān) 督 局 于 1993 年 又 發(fā) 布 了 中 華 人 民 共 和 國(guó) 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T1454993《 電 能質(zhì) 量 公 用 電 網(wǎng) 諧 波 》 諧波的基本概念1822 年 ， 法 國(guó) 數(shù) 學(xué) 家 傅 立 葉 指 出 ， 一 個(gè) 任 意 函 數(shù) 都 可 以 分 解 為 無(wú) 窮 多 個(gè) 不同 頻 率 正 弦 信 號(hào) 的 和 。 把 諧 波 次 數(shù) h 定 義 為 ： 以 諧 波 頻 率 和基 波 頻 率 之 比 表 示 的 整 數(shù) 。總 結(jié) 二 者 ， 目 前 國(guó) 際 普 遍 定 義 諧 波 為 ： 諧 波 是 一 個(gè) 周 期 電 氣 量 的 正 弦 波 分 量 ，其 頻 率 為 基 波 頻 率 的 整 數(shù) 倍 。w當(dāng)正弦電壓施加在非線性電路上時(shí)，電流就變?yōu)榉钦也ǎ钦译娏魇┘釉陔娋W(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，使電壓波形也變?yōu)榉钦也ā?以上公式對(duì)于非正弦電流也適用。1n 次諧波電流含有率以 HRIn 表示 (15)10%nIHR?? —第 n 次諧波電流有效值；I—基波電流有效值。以相電壓為例，三相電壓可表示為 ()23()abcuwttut?????設(shè) a 相電壓所含的 n 次諧波為 2si()2n32si()annb nnnuUwtut??????????????（1）n=3k(k=1,2,3…,下同)，三相電壓的諧波大小和相位均相同，為零序諧波。對(duì)稱三相電路的基波本身也是正序的。對(duì)于各相電壓來(lái)說(shuō)，無(wú)論是三相三線電路還是三相四線電路，相電壓中都可以包含零序諧波，而線電壓中都不含零序諧波。 [3] 諧波的產(chǎn)生和危害電 網(wǎng) 諧 波 來(lái) 源 于 三 個(gè) 方 面 ： 其 一 是 電 源 質(zhì) 量 不 高 產(chǎn) 生 諧 波 ； 其 二 是 輸 電 網(wǎng)產(chǎn) 生 的 諧 波 ； 其 三 是 用 電 設(shè) 備 產(chǎn) 生 的 諧 波 。具 體 情 況 如 下 : 流 設(shè) 備 。 弧 爐 、 電 石 爐 。 頻 裝 置 。 用 電 器 。 洗 衣 機(jī) 、 電 風(fēng) 扇 、 空 調(diào) 器 等 有 繞 組 的 設(shè) 備 中 ， 因 不平 衡 電 流 的 變 化 也 能 產(chǎn) 生 諧 波 。 波 影 響 了 各 種 電 氣 設(shè) 備 的 正 常 工 作 。 波 會(huì) 引 起 電 網(wǎng) 中 局 部 的 并 聯(lián) 諧 振 和 串 聯(lián) 諧 振 ， 從 而 使 諧 波 放 大 ， 大 大 增加 了 上 述 的 危 害 ， 并 可 能 引 起 嚴(yán) 重 事 故 。 波 對(duì) 通 信 系 統(tǒng) 和 電 子 設(shè) 備 會(huì) 產(chǎn) 生 嚴(yán) 重 的 干 擾 。 電 力 電 子 技 術(shù) 是 未 來(lái) 科 學(xué) 技 術(shù) 發(fā) 展 的重 要 支 柱 。 [4] 諧波的抑制 諧波抑制技術(shù)為抑制和消除電力電子裝置和其它諧波源的諧波，基本思路有兩種：一種是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源都是適用的；本文主要討論此類(lèi)補(bǔ)償方式。裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)方法是采用 LC 濾波器。但是這種方法的主要缺點(diǎn)是，補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使 LC 濾波器過(guò)載甚至燒毀。目前，采用有源電力濾波器，已經(jīng)成為諧波抑制的一個(gè)趨勢(shì)。它能對(duì)幅度和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，是一種很有前途的諧波抑制方法。八十年代以來(lái)，由于大中功率全控型半導(dǎo)體器件的成熟，脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的進(jìn)步，以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測(cè)方法的提出，有源濾波器才得以迅速發(fā)展。隨著容量的逐步提高，其應(yīng)用范圍也從補(bǔ)償用戶自身的諧波向改善整個(gè)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的方向發(fā)展。但由于用電機(jī)制以及成本等因素，在我國(guó)廣泛應(yīng)用 APF 還需要一段時(shí)間。電力系統(tǒng)中非線性負(fù)載種類(lèi)繁多，不同類(lèi)型的有源電力濾波器對(duì)不同類(lèi)型非線性負(fù)載的補(bǔ)償特性也不相同。因此，研究并聯(lián)型有源電力濾波器有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。赤木泰文最初提出的理論亦稱 理論，是以瞬時(shí)有功功率 和瞬時(shí)無(wú)功功率 的定義為基pqpq礎(chǔ)的。為分析問(wèn)題方便，aebcabic把它們變換到 α β 兩相正交的坐標(biāo)系中研究。ei （23）e????? （24）iii?式中， 、 為矢量電壓和電流的模。ei eiei定義(1) 三相電路瞬時(shí)有功電流 和瞬時(shí)無(wú)功電流 分別為矢量 在矢量piqi及其法線上的投影。ie??? 圖 — 坐標(biāo)系中的電壓、電流矢量 ??定義(2) 三相電路瞬時(shí)有功功率 （無(wú)功功率 ）為電壓矢量 的模和三pqe相電路瞬時(shí)有功電流 (三相電路瞬時(shí)無(wú)功電流 )的乘積。??????eCpq?把式（21）、（22）代入上式，可以得出 、 。 (210)cbaieiep?? (211)])()()[(31cbaaccb iq??定義(3) 、 相的瞬時(shí)無(wú)功電流 、 （瞬時(shí)有功電流 、 ）分別??qi??pi??為三相電路瞬時(shí)無(wú)功電流 （瞬時(shí)有功電流 ）在 、 軸上的投影，即:qip (212)peieipp 2cos??????? (213)iipep 2n???? (214)qeiiqeq 2s??????? (215)iiqeq 2co??? ??從上面定義得到如下性質(zhì)： （222ppii????16） （222qqii??17） （2??iiqp??18） （2??iiqp19）定義(4) 、 相的瞬時(shí)無(wú)功功率 、 （瞬時(shí)有功功率 、 ）分????p?別為 、 相瞬時(shí)電壓和 瞬 時(shí) 無(wú) 功 電 流 （ 瞬 時(shí) 有 功 電 流 ） 的 乘 積 ， 即? (220)peiepp2????? （2ip2???21） （2qeieqq2?????22） （2qeieqq2??????23）從中可以看出， ， 。即 (224)?????????????pcpbapiCii??23 (225)????????????qcqbaqii??23式中， 。??定義(6) a、b、c各相的瞬時(shí)無(wú)功功率 、 、 (瞬時(shí)有功功率 、aqbcap、 )分別為該相瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)無(wú)功電流(瞬時(shí)有功電流)的乘積，即bpc (231)Apeipapa23? (232)bb (233)eicpc2 (234)Apqcbaqa)(?? (235)Apeieqacbqb)(?? (236)bc從以上還可以看出 和 。 傳 統(tǒng) 理 論 中 的 有 功 功率 、 無(wú) 功 功 率 等 都 是 在 平 均 值 基 礎(chǔ) 或 相 量 的 意 義 上 定 義 的 ， 它 只 適 用 于 電 壓 、電 流 均 為 正 弦 波 時(shí) 的 情 況 ， 而 瞬 時(shí) 無(wú) 功 功 率 理 論 中 的 概 念 ， 都 是 在 瞬 時(shí) 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(guò) 渡 過(guò) 程 的 情 況 。當(dāng)三相電壓、電流為對(duì)稱正弦波時(shí)，設(shè) (237)sinameEt?? (238) (2/3)b?? (239)ict? (240)sn()amiI? (241)i2/3bt?? (242)()ciI??代入式(21)，得 (243)?????????????tEem??cosin2 (244)??????????????? ?????? sinsicos()in22 ttItIim式中， ， 。pq把 式 (242), (243)代 入 式 (212)和 (214)中 可 得 a相 的 瞬 時(shí) 有 功 電 流 和 瞬時(shí) 無(wú) 功 電 流。由上面的分析不難看出，瞬時(shí)無(wú)功功率理論包含了傳統(tǒng)的無(wú)功功率理論，比傳統(tǒng)無(wú)功功率理論由更大的適用范圍。圖中，負(fù)載為諧波源，它產(chǎn)生諧波并消耗無(wú)功。其中，指令電流運(yùn)算電路的核心是檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象中的諧波和無(wú)功等電流分量，因此有時(shí)也稱之為諧波和無(wú)功電流檢測(cè)電路。主電路目前均采用 PWM 變流器。例如，當(dāng)需要補(bǔ)償負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流時(shí)，有源電力濾波器檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象負(fù)載電流 中的諧波成分 ,將其反LiLhi極性后作為補(bǔ)償電流的指令信號(hào) ，這樣由補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流*Ci與負(fù)載電流中的諧波分量 大小相等、方向相反，因而兩者互相抵消，使得ci Lh電源電流 中只含基波，不含諧波。Si上述原理可用如下的一組公式描述： （2SLCii??51） （2LfLhii52） （2CLhi??53） （2SLLfii?54）式中 為負(fù)載電流的基波分量。 [5]1?由此可知，有源補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是：諧波電流的檢測(cè)；適當(dāng)