電力電子畢業(yè)論文--并聯(lián)型有源濾波器電流控制新方法

1、<p>　　并聯(lián)型有源濾波器電流控制新方法II</p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　目 錄IV</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p>&

2、lt;p>　　1.1諧波抑制的意義1</p><p>　　1.2諧波抑制的措施3</p><p><b>　　1.3電能質(zhì)量5</b></p><p>　　1.4本文主要研究內(nèi)容7</p><p>　　2常用濾波器的性能比較分析8</p><p>　　2.1有源濾波器9</

3、p><p>　　2.1.1有源電力濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀10</p><p>　　2.1.2有源濾波器的工作原理10</p><p>　　2.1.3衡量APF補(bǔ)償性能的指標(biāo)11</p><p>　　2.1.4有源濾波器的主電路結(jié)構(gòu)12</p><p>　　2.1.5有源濾波器的分類比較12</p><

4、;p>　　2.2無源濾波器18</p><p>　　3諧波電流檢測方法研究20</p><p><b>　　3.1概述20</b></p><p>　　3.2諧波檢測方法的發(fā)展趨勢20</p><p>　　4控制策略的研究26</p><p>　　4.1正弦脈寬調(diào)制技術(shù)26<

5、;/p><p>　　4.2滯環(huán)控制31</p><p>　　4.3空間矢量PWM控制32</p><p>　　4.4外層控制32</p><p><b>　　5.1概述34</b></p><p>　　5.2諧波檢測環(huán)節(jié)仿真實(shí)現(xiàn)34</p><p>　　5.2.1三相

6、/兩相變換SIMULINK下實(shí)現(xiàn)35</p><p>　　5.2.2低通濾波器的仿真實(shí)現(xiàn)35</p><p>　　5.2.2低通濾波器的仿真實(shí)現(xiàn)35</p><p>　　5.2.3兩相/三相變換SIMULINK下實(shí)現(xiàn)36</p><p>　　5.2.4諧波提取部分仿真實(shí)現(xiàn)36</p><p>　　5.3諧波補(bǔ)

7、償環(huán)節(jié)仿真實(shí)現(xiàn)37</p><p>　　5.3.1主電路等效電路圖37</p><p>　　5.3.2主電路仿真實(shí)現(xiàn)38</p><p>　　5.3.3諧波補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)38</p><p>　　5.3.4負(fù)載側(cè)電壓和電流40</p><p><b>　　結(jié) 論42</b></p>

8、;<p>　　并聯(lián)型有源濾波器電流控制新方法</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，隨著各種非線性電力電子裝置的大量應(yīng)用，電能質(zhì)量不斷受到關(guān)注。這些裝置向電力系統(tǒng)中注入諧波，使電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重，電能傳輸質(zhì)量惡化。因此，解決諧波問題，變得日益重要。傳統(tǒng)的諧波抑制方法是采用無源濾波器，但它存在許多缺陷，例如

9、：濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)的影響較大，只能消除特定的幾次諧波，可能與系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，諧波電流增加導(dǎo)致濾波器負(fù)荷過重等，使得諧波抑制效果受到影響。</p><p>　　針對(duì)并聯(lián)型有源濾波器提出了一種電流控制新方法，與傳統(tǒng)控制方式不同，該方式不需要檢測非線性負(fù)載中的諧波及無功電流。本文論述了并聯(lián)型有源濾波器電流控制的等效原理，MATLAB仿真結(jié)果表明，省略了檢測環(huán)節(jié)的該控制方法電路結(jié)構(gòu)簡單，大大簡化了算法的研究，能夠更加

10、簡單準(zhǔn)確地補(bǔ)償諧波電流，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也很快。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；并聯(lián)型有源濾波器；等效原理；電流控制；諧波及無功電流</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In modern power system, with a variety of non-linear power electr

11、onic devices of a large number of applications, power quality concern. These devices into the power system harmonics, so that the harmonic power grids have become more polluted and the quality of the deterioration of ele

12、ctrical energy transmission. Thus, the solution to harmonic problems, become increasingly important. Traditional methods of harmonic suppression is the use of passive filter, but it has many defects, such as: filter</

13、p><p>　　A new equivalence principle of current control for shunt active power filters is introduced, which has no use for measurement of harmonic and reactive currents of nonlinear loads. This paper analyzes an

14、d demonstrates the principle. Simulation results by MATLAB are given to show that the equivalence principle without measurements has many merits such as simpler circuit configuration and algorithm, more exact compensatio

15、n effectiveness and rapid dynamic response. </p><p>　　Key words: power electronic technique; shunt active power filters; equivalence principle; current control</p><p><b>　　目 錄</b><

16、;/p><p>　　并聯(lián)型有源濾波器電流控制新方法II</p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　目 錄IV</b></p><p><b>　　1緒論1</b><

17、/p><p>　　1.1諧波抑制的意義1</p><p>　　1.2諧波抑制的措施3</p><p><b>　　1.3電能質(zhì)量5</b></p><p>　　1.4本文主要研究內(nèi)容7</p><p>　　2常用濾波器的性能比較分析8</p><p>　　2.1有源濾

18、波器9</p><p>　　2.1.1有源電力濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀10</p><p>　　2.1.2有源濾波器的工作原理10</p><p>　　2.1.3衡量APF補(bǔ)償性能的指標(biāo)11</p><p>　　2.1.4有源濾波器的主電路結(jié)構(gòu)12</p><p>　　2.1.5有源濾波器的分類比較12</p

19、><p>　　2.2無源濾波器18</p><p>　　3諧波電流檢測方法研究20</p><p><b>　　3.1概述20</b></p><p>　　3.2諧波檢測方法的發(fā)展趨勢20</p><p>　　4控制策略的研究26</p><p>　　4.1正弦脈寬調(diào)

20、制技術(shù)26</p><p>　　4.2滯環(huán)控制31</p><p>　　4.3空間矢量PWM控制32</p><p>　　4.4外層控制32</p><p><b>　　5.1概述34</b></p><p>　　5.2諧波檢測環(huán)節(jié)仿真實(shí)現(xiàn)34</p><p>

21、　　5.2.1三相/兩相變換SIMULINK下實(shí)現(xiàn)35</p><p>　　5.2.2低通濾波器的仿真實(shí)現(xiàn)35</p><p>　　5.2.2低通濾波器的仿真實(shí)現(xiàn)35</p><p>　　5.2.3兩相/三相變換SIMULINK下實(shí)現(xiàn)36</p><p>　　5.2.4諧波提取部分仿真實(shí)現(xiàn)36</p><p>

22、;　　5.3諧波補(bǔ)償環(huán)節(jié)仿真實(shí)現(xiàn)37</p><p>　　5.3.1主電路等效電路圖37</p><p>　　5.3.2主電路仿真實(shí)現(xiàn)38</p><p>　　5.3.3諧波補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)38</p><p>　　5.3.4負(fù)載側(cè)電壓和電流40</p><p><b>　　結(jié) 論42</b>

23、</p><p><b>　　1緒論 </b></p><p>　　電能己成為現(xiàn)代人類生活中不可缺少的重要元素之一，無論在工業(yè)生產(chǎn)還是日常生活中，用戶對(duì)電力的可靠性及質(zhì)量要求都在不斷提高。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，尤其是電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，一方面電力系統(tǒng)中的諧波污染隨著非線性負(fù)載的數(shù)量和容量增加而日趨嚴(yán)重，另一方面供電方及其電力系統(tǒng)設(shè)備、用戶及其用電器對(duì)電能質(zhì)量

24、的要求也日益提高，愈發(fā)嚴(yán)重的諧波污染與越來越高的電能質(zhì)量要求形成了一對(duì)尖銳的矛盾。尤其是IT產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展使得人類更加依賴數(shù)字化設(shè)備所提供的信息與服務(wù)，而數(shù)字化的設(shè)備對(duì)供電的質(zhì)量要求更高。同時(shí)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電力電子設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛，這些負(fù)荷的非線性、沖擊性和不平衡的用電特性對(duì)供電質(zhì)量造成了嚴(yán)重污染。近年出現(xiàn)的用戶電力技術(shù)(Custom Power)概念就表明了信息時(shí)代的電力用戶己經(jīng)明確提出了對(duì)電能質(zhì)量的要求，因而對(duì)改善電能質(zhì)量的研

25、究己是刻不容緩。 </p><p>　　1.1諧波抑制的意義 </p><p>　　自從采用交流電作為電能輸送的一種方式起，人們就已知道電力系統(tǒng)中的諧波問題。但是，近年來隨著非線性設(shè)備的大量使用，使得這一問題更加突出。 </p><p>　　通常作為諧波源，非線性設(shè)備可分為以下幾類： </p><p>　　1、傳統(tǒng)非線性設(shè)備，包括變壓器、旋轉(zhuǎn)

26、電機(jī)以及電弧爐等。 </p><p>　　2、現(xiàn)代電力電子非線性設(shè)備，包括熒光燈、在工業(yè)界和現(xiàn)代辦公設(shè)備中廣泛使用的電子控制裝置和開關(guān)、電源、晶閘管控制設(shè)備等。 </p><p>　　電力變壓器是一種諧波源，由于經(jīng)濟(jì)原因，變壓器使用的磁性材料通常在接近非線性或就在非線性區(qū)域運(yùn)行。在這種情況下，即使所加的電壓是正弦的，變壓器的勵(lì)磁電流也是非正弦的，因而包含諧波。同樣，即使勵(lì)磁電流是正弦的，電

27、壓也不可能完全是正弦的。對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)來說，其線圈被嵌入線槽中，由于這些線槽不可能完全按正弦分布，從而使得產(chǎn)生的磁動(dòng)勢是畸變的，因此旋轉(zhuǎn)電機(jī)也被認(rèn)為是諧波源。在熒光燈中，每隔半個(gè)周波電壓被建立起來直到熒光燈被點(diǎn)亮，點(diǎn)亮狀態(tài)下熒光燈呈負(fù)電阻特性，其電流由感性的非線性鎮(zhèn)流器來限制，因此電流是畸變的。靜止無功補(bǔ)償裝置如TSC、TCR由于應(yīng)用晶閘管來控制電容或是電感的導(dǎo)通時(shí)間，因此，它也會(huì)產(chǎn)生非正弦的斬波電流。三相變流器產(chǎn)生諧波則是由于直流電流在

28、交流三相之間不斷換相引起的。在大多數(shù)情況下，電網(wǎng)中的諧波成分可能不會(huì)對(duì)電網(wǎng)和電氣設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，但在一定條件下，諧波成分會(huì)嚴(yán)重影響電氣裝置及聯(lián)到該裝置上的設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)绊戨娏ο到y(tǒng)本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行。如：廣西蘋果鋁廠1996年6月因諧波超標(biāo)，導(dǎo)致電容器爆炸，損壞高壓開關(guān)和主變壓器，造成大面積停電；湖南漣鋼1998年7月，因5次諧波超標(biāo)，導(dǎo)</p><p>　　目前電力系統(tǒng)諧波已成為影響電能質(zhì)量的公害，

29、其危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： </p><p>　　1、電力電容器引起的諧波放大。 </p><p>　　2、增加旋轉(zhuǎn)電機(jī)的損耗。 </p><p>　　3、增加輸電線的損耗，縮短輸電線壽命。 </p><p>　　4、增加變壓器的損耗。 </p><p>　　5、造成繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置工作紊亂。。 </p&g

30、t;<p>　　6、引起電力測量的誤差。 </p><p>　　7、干擾通訊系統(tǒng)。 </p><p><b>　　8、電弧熄滅。 </b></p><p>　　發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)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)量和用電量將會(huì)迅猛增加。很明顯，隨著我國改革開發(fā)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國電網(wǎng)已開始遭遇并將迅速面臨發(fā)達(dá)國家

31、當(dāng)前的諧波局面，即隨著高新技術(shù)的發(fā)展，諧波污染源的使用數(shù)量猛增，電網(wǎng)電壓畸變率也將上升。另一方面，各類家用電器層出不窮，精密儀器設(shè)備發(fā)展迅猛，信息時(shí)代已經(jīng)到來，越來越多的電氣用戶對(duì)取用的電能形態(tài)和功率流動(dòng)的控制與處理提出了新的要求。 </p><p>　　綜上所述，對(duì)電能質(zhì)量已經(jīng)不能僅用頻率和電壓這兩個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)了，諧波已成為電能質(zhì)量另一個(gè)重要指標(biāo)。為了避免諧波的危害，不少國家和國際組織制訂了限制用電設(shè)備諧波的標(biāo)

32、準(zhǔn)，如被廣泛接受的IEEE5 1 9標(biāo)準(zhǔn)和I E C 555-2標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，無論是從保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度，還是從用戶用電設(shè)備的安全、正常工作的角度，有效地治理諧波，將其限制在允許范圍之內(nèi)，還電網(wǎng)一個(gè)潔凈的電氣環(huán)境，營造“綠色電網(wǎng)”，已經(jīng)迫在眉睫。我國諧波治理的水平還比較低，對(duì)電力科技工作者來說，諧波治理問題的研究具有十分重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p>　　1.2諧波抑制的措施 <

33、;/p><p>　　諧波治理的措施主要有三種：一是受端治理，即從受到諧波影響的設(shè)備或系統(tǒng)出發(fā)，提高它們抗諧波干擾能力；二是主動(dòng)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；三是被動(dòng)治理，即外加濾波器，阻礙諧波源產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)，或者阻礙電力系統(tǒng)的諧波流入負(fù)載端。 </p><p>　　受端治理的措施主要有以下幾種： </p><p>　　1、選擇

34、合理的供電方式。 </p><p>　　2、避免電容器對(duì)諧波的放大。 </p><p>　　3、提高設(shè)備抗諧波干擾能力。 </p><p>　　4、改善諧波保護(hù)性能。 </p><p>　　主動(dòng)治理諧波的措施主要有以下幾種： </p><p>　　1、增加變流裝置的相數(shù)或脈沖數(shù)。改造變流裝置或利用相互間有一定移相角的換

35、流變壓器，可有效減小諧波含量，其中包括多脈整流和準(zhǔn)多脈整流技術(shù)，但是裝置更加復(fù)雜。 </p><p>　　2、改變諧波源的配置或工作方式。具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中，否則應(yīng)適當(dāng)分散或交替使用，適當(dāng)限制會(huì)大量產(chǎn)生諧波的工作方式。 </p><p>　　3、多重化技術(shù)。將多個(gè)變流器聯(lián)合起來使用，用多重化技術(shù)將多個(gè)方波疊加，以消除頻率較低的諧波，得到接近正弦波的階梯波，但裝置復(fù)雜，成本較高。 &

36、lt;/p><p>　　4、諧波疊加注入。利用三次倍數(shù)的諧波和外部的三次倍數(shù)的諧波源，把諧波電流加到產(chǎn)生的矩形波形上，可用于降低給定的運(yùn)行點(diǎn)處的某些諧波。缺點(diǎn)是必須保證使三次倍數(shù)的諧波源與系統(tǒng)的同步，且諧波發(fā)生器的功率消耗常常高達(dá)整流器直流功率的10％。 </p><p>　　5、采用PWM技術(shù)。采用脈寬調(diào)制PWM（Pulse Width Modulation）技術(shù)，使得變流器產(chǎn)生的諧波頻率較

37、高、幅值較小，波形接近正弦波，但只適用于自關(guān)斷器件構(gòu)成的變流器。 </p><p>　　6、設(shè)計(jì)或采用高功率因數(shù)變流器。比如采用矩陣式變頻器、四象限變流器等，可以使變流器產(chǎn)生的諧波非常少，且功率因數(shù)可控制為1。</p><p>　　被動(dòng)治理諧波的措施主要有以下幾種： </p><p>　　1、采用無源濾波器PF（Passive Filter）。在諧波源附近或公用電網(wǎng)

38、節(jié)點(diǎn)裝設(shè)單調(diào)諧及高通濾波器，可以吸收諧波電流，同時(shí)還可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，運(yùn)行維護(hù)也簡單。 </p><p>　　2、采用有源濾波器APF（Active Power Filter）。在諧波源附近和公用電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)裝設(shè)并聯(lián)型或串聯(lián)型APF，可以有效地起到補(bǔ)償或隔離諧波的作用，并聯(lián)型還可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，但裝置造價(jià)較高。 </p><p>　　3、采用混合型有源濾波器HAPF（Hybrid Ac

39、tive Power Filter）。H A P F兼具P F成本低廉和A P F性能優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)，屬于APF的分支和發(fā)展。HAPF的種類很多，大致可分為與P F的混合和與其它變流器的混合兩類。 </p><p>　　在被動(dòng)治理諧波的措施中，無源濾波器本質(zhì)上是頻域處理方法，也就是將非正弦周期電流分解成傅立葉級(jí)數(shù)，對(duì)某些諧波進(jìn)行吸收以達(dá)到治理的目的。有源濾波器則是在時(shí)域中對(duì)非正弦周期電流進(jìn)行分解后，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娏餮a(bǔ)

40、償，從而改善系統(tǒng)的電流波形。 </p><p>　　目前在治理諧波的措施中，廣泛采用無源濾波器PF。它利用電感、電容元件的諧振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，從而減小流向電網(wǎng)的諧波電流但由于結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應(yīng)用中存在著一些難以克服的缺點(diǎn)： </p><p>　　1、有效材料消耗多、體積大； </p><p>　　2、抑制較低次諧波的單調(diào)諧濾波器只對(duì)調(diào)諧點(diǎn)的

41、諧波效果明顯，而對(duì)偏離調(diào)諧點(diǎn)的諧波無明顯效果，而實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮設(shè)計(jì)投資又不可能靠增加濾波器的辦法解決； </p><p>　　3、當(dāng)系統(tǒng)中諧波電流增大時(shí)，無源濾波器可能過載，甚至損壞設(shè)備； </p><p>　　4、濾波效果隨系統(tǒng)運(yùn)行情況而變化，當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率波動(dòng)時(shí)，濾波效果變差； </p><p>　　5、濾波器的諧振頻率會(huì)因電容、電感參數(shù)的偏差或變化而改變

42、，電網(wǎng)頻率會(huì)有一定的波動(dòng)，這將導(dǎo)致濾波器的失諧； </p><p>　　6、當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率變化時(shí)，可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使裝置無法運(yùn)行，甚至使整個(gè)濾波系統(tǒng)無法正常運(yùn)行； </p><p>　　7、可能與電力系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振，造成電壓波形畸變而產(chǎn)生附加的諧波電流流進(jìn)無源濾波器，影響濾波效果； </p><p>　　國內(nèi)外的設(shè)計(jì)研究人員均注意到無源濾波器設(shè)計(jì)和運(yùn)行中

43、存在的問題，研究出若干解決辦法，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)在一定程度上提高了無源濾波器的使用效果，但無源濾波器由于原理上帶來的缺點(diǎn)是無法徹底克服的。因此，有必要采用其它濾波方式來抑制諧波。有源濾波器就是一種能夠彌補(bǔ)無源濾波器不足的一種新型諧波抑制設(shè)備。與傳統(tǒng)的PF一樣，有源電力濾波器APF也是給諧波電流或諧波電壓提供一個(gè)在諧振頻率處等效導(dǎo)納為無窮大的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或等效阻抗為無窮大的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，但是一臺(tái)APF理論上可以擁有無窮多個(gè)諧振頻率。 </p&g

44、t;<p>　　在今天的電力電子器件的制造水平下，單獨(dú)采用有源電力濾波器實(shí)現(xiàn)高壓大功率的諧波補(bǔ)償較為困難,而且成本也非常昂貴，因而采用混合型有源電力濾波器HAPF將無源濾波器PF和有源電力濾波器APF結(jié)合起來，取兩者之長，避免它們的短處，是當(dāng)前中、高電壓大功率有源電力濾波器推廣應(yīng)用的必然途徑。 </p><p><b>　　1.3電能質(zhì)量 </b></p><

45、;p>　　一個(gè)理想的電力系統(tǒng)應(yīng)以恒定頻率(50Hz)和正弦波形，按規(guī)定的電壓水平(標(biāo)稱電壓)對(duì)用戶供電。在三相交流電力系統(tǒng)中，各相的電壓應(yīng)處于幅值相等，相位相差120o的對(duì)稱狀態(tài)。由于系統(tǒng)各元件(發(fā)電機(jī)、變壓器、線路等)參數(shù)并不是理想線性或?qū)ΨQ的，而且負(fù)荷性質(zhì)各異并可能隨機(jī)變化，加之調(diào)控手段的不完善以及運(yùn)行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想狀態(tài)在實(shí)際當(dāng)中并不存在，而由此產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行、電氣設(shè)備使用中的各種各樣的問題，也就產(chǎn)生

46、了電能質(zhì)量(Power Quality)的概念。 </p><p>　　電能質(zhì)量中包括電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量。電壓質(zhì)量(Voltage Quality)指實(shí)際電壓與理想電壓間的偏差，包含幅值、波形、相位等，它反映供電企業(yè)向用戶供給的電力是否合格。電流質(zhì)量(Current Quality)指對(duì)用戶取用的電流提出恒定頻率、正弦波形的要求，并使電流波形與供電電壓同相位，以保證系統(tǒng)以高功率因數(shù)運(yùn)行，這個(gè)定義不能概括因電壓原因

47、造成的質(zhì)量問題。 </p><p>　　為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平，基于計(jì)算機(jī)、微處理器的測量、分析、管理、生產(chǎn)及控制設(shè)備大顯投入使用，信息的傳送及互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用日益普及。這些用戶對(duì)電能質(zhì)量非常敏感，一個(gè)計(jì)算中心失去電壓2s就可能破壞幾十個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果或者損失幾十萬元美元的產(chǎn)值。當(dāng)今自動(dòng)化設(shè)備和連續(xù)精加工生產(chǎn)，例如柔性制造系統(tǒng)(FMS)或計(jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)(CIMS)，它們對(duì)配電系統(tǒng)中的干擾非常敏感，甚至

48、幾分之一秒的不正常就可能在工廠內(nèi)部造成混亂，這些用戶對(duì)不合格電力的容許度可嚴(yán)格到1～2個(gè)周波。</p><p>　　可見，一方面用戶對(duì)電力系統(tǒng)造成的干擾不容忽視，另一方面，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來越高，而且這種矛盾隨著科技的進(jìn)步越來越明顯。 </p><p>　　電能質(zhì)量不完全取決于電力生產(chǎn)企業(yè)，有的質(zhì)量指標(biāo)，例如諧波、電壓波動(dòng)和閃變，三相電壓不平衡度，往往由用戶的干擾決定；還有一部分是

49、由難以預(yù)測的事故和外力破壞(如雷擊)引起的。該特點(diǎn)說明：全面保障電能質(zhì)量既是電力企業(yè)的責(zé)任，也是用戶應(yīng)盡的義務(wù)。 </p><p>　　改善電能質(zhì)量對(duì)于電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障產(chǎn)品質(zhì)量以及人民生活和生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)均有重要意義，人們早期對(duì)電能質(zhì)量問題的認(rèn)識(shí)比較簡單。主要局限在保持電網(wǎng)頻率和電壓水平 (即靜態(tài)或平均偏差不過大)。自20世紀(jì)80年代以來，隨著新型電力負(fù)荷迅速發(fā)展以及它們對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提

50、高，電能質(zhì)量才逐漸成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的問題。目前電能質(zhì)量中某些問題己成為電工領(lǐng)域的前沿性課題，吸引了許多高等院校、科研院所和一大批電力科技工作者投入其中從事工作。 </p><p>　　目前，改善電能質(zhì)量的手段有技術(shù)相當(dāng)成熟的無源濾波器、靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)等，還有基于的電力電子技術(shù)的靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS-Flexible AC Transmission System)和作為FACTS技術(shù)延

51、伸的DFACTS技術(shù)(又稱Custom Power技術(shù))。其中，目前主要的FACTS裝置有：靜態(tài)無功補(bǔ)償器(STATCOM)、晶閘管控制的串聯(lián)投切電容器(TSSC)、可控串聯(lián)補(bǔ)償電容器(TCSC)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等。目前主要的DFACTS裝置有：有源濾波器(APF)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、配電系統(tǒng)用靜止無功補(bǔ)償器(D-STATCOM）、固態(tài)切換開關(guān)(SSTS)等。 </p><p>　　而電能質(zhì)量

52、的四個(gè)方面(電壓波動(dòng)和閃變、諧波和電壓三相不平衡、電壓降低和供電中斷)都可歸結(jié)為波形的畸變。APF可以有效地補(bǔ)償?shù)诙N和第三種畸變，而第一種和第四種畸變可以通過DVR本身的儲(chǔ)能單元向系統(tǒng)注入正常電壓與故障電壓之差來補(bǔ)償。因此，有源電力濾波器在電能質(zhì)量的改善中起到重要的作用。 </p><p>　　另外，電能質(zhì)量綜合治理可以綜合上述各項(xiàng)功能。目前也得到了廣泛的重視，典型裝置為統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)，UPQC

53、是并聯(lián)型有源電力濾波器和串聯(lián)型有源電力濾波器的組合，既能吸收負(fù)荷側(cè)的諧波，又能快速補(bǔ)償供電電壓中的電壓跌落、波動(dòng)和閃變、各相電壓的不平衡以及故障時(shí)的短時(shí)電壓中斷，具有對(duì)電能質(zhì)量綜合調(diào)控的功能。</p><p>　　1.4本文主要研究內(nèi)容 </p><p>　　由于無源濾波器的固有缺陷，使其在有些系統(tǒng)中無法正常工作，而有源濾波器能夠克服這些缺點(diǎn)。隨著工業(yè)的發(fā)展，諧波污染會(huì)變得越來越嚴(yán)重，同時(shí)

54、對(duì)電能質(zhì)量的要求也會(huì)越來越高。從長遠(yuǎn)來看，有源濾波器終將成為電力系統(tǒng)諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)闹饕b置。隨著研究的進(jìn)展，有源濾波器的諧波檢測及控制部分的電路可以集成化，這樣不同的負(fù)載只需選擇不同的交流側(cè)耦合電感、直流側(cè)電容及逆變器功率器件即可，可以做到通用性，且體積小，易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格便宜?！熬G色電源”（即無諧波污染的電源）口號(hào)的提出，要求每個(gè)用電用戶不能對(duì)供電系統(tǒng)電源產(chǎn)生諧波污染，而有源濾波器能夠解決這個(gè)問題，它可以就地進(jìn)行補(bǔ)償，使諧波不會(huì)影

55、響到整個(gè)電力網(wǎng)。 </p><p>　　本文研究的主要內(nèi)容如下： </p><p>　　1、研究并聯(lián)型有源電力濾波器的工作原理、控制策略，介紹常見的幾種并聯(lián)有源電力濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 </p><p>　　2、分析諧波電流的檢測方法，利用SIMULINK構(gòu)建仿真模型并驗(yàn)證。 </p><p>　　3、采用雙閉環(huán)控制策略實(shí)現(xiàn)有源電力濾波器的諧波抑

56、制作用。 </p><p>　　2常用濾波器的性能比較分析 </p><p>　　電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的設(shè)備日益增多，對(duì)電力系統(tǒng)諧波的治理受到越來越高的重視。如何減少諧波成為治理諧波的關(guān)鍵一步，其主要措施有以下幾點(diǎn)： </p><p>　　1、增加換流裝置的相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)：改造換流裝置或利用相互間有一定移相角的換流變壓器。可有效地減少諧波量；換流裝置容量應(yīng)相等，此方法使

57、裝置復(fù)雜化； </p><p>　　2、加裝交流濾波裝置：在諧波源附近裝若干單調(diào)諧及高通濾波支路，以吸收諧波電流?？捎行У販p少諧波量；同時(shí)應(yīng)考慮功率因數(shù)補(bǔ)償和電壓調(diào)整效應(yīng)；裝置運(yùn)行維護(hù)簡單，但需專門設(shè)計(jì)； </p><p>　　3、改變諧波源的配置或工作方式：具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中，否則應(yīng)適當(dāng)分散或交替使用，適當(dāng)限制諧波量大的工作方式?？梢詼p少諧波的影響；對(duì)裝置的配置和工作方式有一定的

58、要求； </p><p>　　4、加裝靜止無功補(bǔ)償裝置(或稱動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置)：采用TCR或SR型靜止補(bǔ)償裝置時(shí)其容性部分設(shè)計(jì)成濾波器，可有效地減少諧波源的諧波量，有抑制電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡和補(bǔ)償功率因數(shù)的功能，具有綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，但一次投資較大，需專門設(shè)計(jì)； </p><p>　　5、增加系統(tǒng)承受諧波能力：將諧波源改由較大容量的供電點(diǎn)或由一級(jí)電壓的電網(wǎng)供電?？梢詼p少諧波的影響；

59、此方法應(yīng)在規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段考慮； </p><p>　　6、避免電容器對(duì)諧波的放大：改變電容器的串聯(lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，或限定電容器組的投入容量?？梢杂行У販p少電容器對(duì)諧波的放大并保證電容器組的安全運(yùn)行；需專門設(shè)計(jì)； </p><p>　　7、提高設(shè)備抗諧波干擾能力，改善諧波保護(hù)性能：改進(jìn)設(shè)備性能，對(duì)諧波敏感設(shè)備采用靈敏的諧波保護(hù)裝置，適用于諧波(特別是暫態(tài)過程中諧波)

60、較敏感的設(shè)備；需專門研究； </p><p>　　8、采用有源濾波器等新型抑制諧波的措施：此方法正在研制和逐步推廣應(yīng)用。目前還只用于低壓小容量諧波源的補(bǔ)償上，造價(jià)較高。 </p><p>　　在諧波抑制技術(shù)方面，有了許多成果，由交流電抗器和電容器組成的無源濾波器國內(nèi)外均己大量應(yīng)用到工程實(shí)際中，而有源濾波器的初步應(yīng)用，經(jīng)實(shí)踐表明了這一新型的諧波抑制裝置有著更為廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景。下面就目前

61、較常用的有源濾波器和無源濾波器的性能做一下分析、比較。</p><p><b>　　2.1有源濾波器 </b></p><p>　　有源濾波器作為改善供電質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在日本、美國、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已得到了高度重視和日益廣泛的應(yīng)用。目前，世界上有源濾波器的主要生產(chǎn)廠家有日本的三菱電機(jī)公司、美國的西屋電氣公司、德國的西門子公司等。有源濾波器具有以下幾點(diǎn)特性： &

62、lt;/p><p>　　1、有源濾波器的雙向補(bǔ)償特性，當(dāng)負(fù)載電流含有較大的諧波時(shí)，為了使負(fù)載的諧波不流入系統(tǒng)電源，在負(fù)載端通過有源濾波器就地給予抑制，從而使系統(tǒng)電源不受污染，保持正弦波； </p><p>　　2、對(duì)各次諧波均能有效地抑制，且可提高功率因數(shù)； </p><p>　　3、系統(tǒng)阻抗和頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響補(bǔ)償效果； </p><p>

63、;　　4、不會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，并能抑制由于外電路諧振產(chǎn)生的諧波電流的放大； </p><p>　　5、不存在過載問題，即當(dāng)系統(tǒng)中諧波較大時(shí)，裝置仍可運(yùn)行，無需斷開。 </p><p>　　有源濾波器之所以具有這些特性是因?yàn)樗鼘?shí)質(zhì)上可看作是一個(gè)電流源，對(duì)于不同的負(fù)載，根據(jù)補(bǔ)償指令電流的大小來輸出所需的電流，可用于大的負(fù)載，也可以用于小的負(fù)載。 </p><p>　　目前

64、有源濾波器的發(fā)展面臨以下問題： </p><p>　　1、由于電流檢測的延時(shí)與逆變輸出電路工作的滯后等因素的影響，有源濾波器很難對(duì)諧波電流、無功電流和負(fù)序電流做到實(shí)時(shí)補(bǔ)償。在實(shí)際應(yīng)用中，很難確定有源濾波器延時(shí)特性對(duì)補(bǔ)償效果的影響； </p><p>　　2、從畸變電流的檢測上，面對(duì)目前檢測存在的問題，如何從非線性負(fù)載電流中準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地分離出諧波電流、無功電流和負(fù)序電流，使有源濾波器的性能得

65、到充分地發(fā)揮； </p><p>　　3、從電流控制方法上，如何更好地根據(jù)畸變電流的檢測結(jié)果，通過合理的控制手段產(chǎn)生需要的補(bǔ)償電流； </p><p>　　4、從主電路結(jié)構(gòu)上，如何將大容量電力電子器件及其外圍電路進(jìn)行合理配置，以使有源濾波器能夠安全可靠地長期運(yùn)行，并使其在我國早日步入工業(yè)化應(yīng)用階段。 </p><p>　　本文從目前有源濾波器面臨的主要問題入手，尋求

66、解決問題的最佳方案。 </p><p>　　2.1.1有源電力濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　有源濾波的思想最早是在1971年由H.Sasaki和T.Machida提出的，當(dāng)時(shí)是采用線性放大的方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，損耗大、成本高，因而僅在實(shí)驗(yàn)室研究，未能在工業(yè)中實(shí)用。1976年，L.Gyugyi等人提出用四象限PWM變流器構(gòu)成有源電力濾波器，正式確立了有源濾波的概念，并提出了相應(yīng)的主電

67、路基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法。其基本原理是通過向電網(wǎng)注入與原有諧波和無功電流大小相等方向相反的補(bǔ)償電流，使電網(wǎng)的總諧波和無功電流為零，從而達(dá)到凈化電網(wǎng)的目的。但是由于當(dāng)時(shí)電力電子技術(shù)的發(fā)展水平還不高，全控型器件功率小、頻率低，加上限于當(dāng)時(shí)控制策略和控制芯片的水平，因而有源濾波器仍局限于實(shí)驗(yàn)研究，70年代后半期沒有得到大的進(jìn)展。直到進(jìn)入80年代以來，隨著新型電力半導(dǎo)體器件的不斷發(fā)展、脈寬調(diào)制技術(shù)的不斷進(jìn)步以及基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流瞬時(shí)

68、檢測方法的提出，使APF得到迅速完善和發(fā)展。</p><p>　　2.1.2有源濾波器的工作原理 </p><p>　　有源濾波器的總體構(gòu)成如圖2.1所示。圖中檢測及控制電路部分對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行檢測，分離出諧波電流部分，用以控制主電路輸出相應(yīng)的補(bǔ)償電流。對(duì)主電路輸出的電流進(jìn)行檢測是為了使主電路輸出的電流更好地跟蹤由于負(fù)載電流的變化而引起的諧波電流大小的變化。 </p><

69、p>　　負(fù)載電流il按傅里葉級(jí)數(shù)展開為：</p><p>　　有源濾波器產(chǎn)生一個(gè)與負(fù)載諧波電流幅值相等，相位相反的諧波電流注入諧波源，即可將諧波抵消掉，使之不會(huì)流入系統(tǒng)電源。有源濾波器可同時(shí)進(jìn)行無功補(bǔ)償，這時(shí)只需使，則，即系統(tǒng)電源中就只需供給負(fù)載電流中的基波有功電流，這樣圖2.1中的is，就是補(bǔ)償了諧波和基波無功電流后系統(tǒng)電源供給的電流。 </p><p>　　2.1.3衡量APF補(bǔ)

70、償性能的指標(biāo) </p><p>　　從理論上講，APF可使非線性負(fù)載電流中的諧波、無功和負(fù)序電流得到完全補(bǔ)償，但實(shí)際中很難做到。從電流檢測到主電路產(chǎn)生實(shí)際需要的補(bǔ)償電流的過程中，都不可避免地要帶來誤差。因此需要一個(gè)衡量有源電力濾波器補(bǔ)償性能的指標(biāo)。 </p><p>　　圖2.1 有源濾波器總體構(gòu)成框圖</p><p>　　有源電力濾波器對(duì)高次諧波電流補(bǔ)償?shù)男Ч梢?/p>

71、用補(bǔ)償前后電源電流的總諧波畸變率THD來衡量。當(dāng)補(bǔ)償后電源電流總的諧波畸變率小于補(bǔ)償前的諧波畸變率時(shí)，可以認(rèn)為有源濾波器對(duì)諧波電流進(jìn)行了有效補(bǔ)償。補(bǔ)償后電源電流總的諧波畸變率越小，補(bǔ)償效果越好。當(dāng)補(bǔ)償后電源電流總的諧波畸變率為零時(shí)，諧波電流得到了徹底補(bǔ)償。實(shí)際運(yùn)行中的APF的補(bǔ)償率一般為80--85%。 </p><p>　　有源電力濾波器對(duì)基波無功和負(fù)序電流的補(bǔ)償效果可以用電源電流中無功電流和負(fù)序電流的殘留情況

72、來衡量。若補(bǔ)償后電源電流中的無功電流和負(fù)序電流的有效值和幅值明顯減小，即可認(rèn)為有源電力濾波器對(duì)無功電流和負(fù)序電流進(jìn)行了有效補(bǔ)償。補(bǔ)償后電源電流的無功電流和負(fù)序電流越小，補(bǔ)償效果越好。當(dāng)補(bǔ)償后電源電流的無功電流和負(fù)序電流為零時(shí)，無功電流和負(fù)序電流得到了徹底補(bǔ)償。 </p><p>　　2.1.4有源濾波器的主電路結(jié)構(gòu) </p><p>　　有源濾波器主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。</

73、p><p>　　圖2.2 有源濾波器主電路結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　圖中儲(chǔ)能元件(電感或電容)的作用是充當(dāng)直流電源(電流源或電壓源)，為可控開關(guān)電路進(jìn)行逆變提供保證，可控開關(guān)電路實(shí)為一個(gè)PWM逆變器。在圖2.1中檢測電路從系統(tǒng)中檢測并分離出諧波電流，使控制電路產(chǎn)生通斷控制信號(hào)去控制可控開關(guān)電路的通斷。可控開關(guān)電路的作用是根據(jù)控制信號(hào)把儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存的電能以適當(dāng)?shù)男问浇?jīng)輸出電路接入系統(tǒng)中，產(chǎn)生

74、需要的補(bǔ)償電流。 </p><p>　　根據(jù)儲(chǔ)能元件(電容或電感)的不同，將有源濾波器分為電壓型和電流型兩種，圖2.3所示為電壓型有源濾波器的主電路圖，其儲(chǔ)能元件為電容，可控開關(guān)電路通常由GTO或IGBT等大功率電力電子元件構(gòu)成，輸出部分為電感。電壓型有源濾波器的工作原理是根據(jù)檢測信號(hào)產(chǎn)生PWM輸出電壓，再經(jīng)交流側(cè)電抗器轉(zhuǎn)換成所需的補(bǔ)償電流。 </p><p>　　電流型有源濾波器，其儲(chǔ)能

75、元件是電感，具有運(yùn)行中損耗較大，輸出部分需增加解調(diào)濾波器等缺點(diǎn)，因此實(shí)際中較少采用。由于電壓型有源濾波器有能量損耗小和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，目前有源濾波器的研究方向主要是電壓型有源濾波器。 </p><p>　　2.1.5有源濾波器的分類比較 </p><p>　　按照不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，有源濾波器有多種分類的方法，分別介紹如下。圖2.4為有源濾波器的分類框圖。 </p><p&

76、gt;　　1、根據(jù)接入電網(wǎng)的方式不同，分為兩大類：并聯(lián)型有源濾波器和串聯(lián)型有源濾波器；并聯(lián)型有源濾波器與負(fù)載并聯(lián)接入電網(wǎng)，它主要適用于電流型負(fù)載的諧波、無功和負(fù)序電流的補(bǔ)償。串聯(lián)型有源濾波器與負(fù)載串聯(lián)接入電網(wǎng)，主要消除電壓型諧波源對(duì)系統(tǒng)的影響。 </p><p>　　圖2.3 電壓型有源濾波器主電路圖 </p><p>　　2、根據(jù)主電路的儲(chǔ)能元件不同，分為電壓型有源濾波器和電流型有源濾波

77、器兩 </p><p>　　種。在上節(jié)已有詳細(xì)介紹。 </p><p>　　3、根據(jù)主電路所使用的PWM變流器數(shù)量，可以分為單個(gè)主電路有源濾波器和多重化主電路的有源濾波器。后者可以提高有源濾波器的容量，降低單個(gè)器件的工作頻率。 </p><p>　　4、根據(jù)接入系統(tǒng)的不同，可以分為單相有源濾波器和三相有源濾波器。后者又可以分為三相三線制有源濾波器和三相四線制有源濾波

78、器。 </p><p>　　本文介紹的有源濾波器主要根據(jù)接入電網(wǎng)方式的不同進(jìn)行分類。 </p><p>　　1、并聯(lián)型有源濾波器 </p><p>　　(1) 單獨(dú)使用的并聯(lián)型有源濾波器 </p><p>　　單獨(dú)使用的并聯(lián)型有源濾波器系統(tǒng)構(gòu)成的原理如圖2.5所示。圖中負(fù)載為產(chǎn)生諧波的諧波源，變流器和與其相連的電感、直流側(cè)儲(chǔ)能元件(圖中為電容

79、)共同組成有源濾波器的主電路。與有源濾波器并聯(lián)的小容量的一階高通濾波器(或采用二階高通濾波器)用于濾去有源濾波器所產(chǎn)生的補(bǔ)償電流中開關(guān)頻率附近的諧波，它們均可用于單相或三相系統(tǒng)。由于有源濾波器的主電路與負(fù)載并聯(lián)接入電網(wǎng)，故稱為并聯(lián)型。又由于其補(bǔ)償電流基本上由有源濾波器提供，與其它方式相區(qū)別，稱之為單獨(dú)使用方式。</p><p>　　這是有源濾波器中最基本方式，也是目前應(yīng)用最多的方式，本文也主要是討論這種類型的濾波

80、器。 </p><p>　　圖2.4 有源濾波器的分類 </p><p>　　圖2.5 單獨(dú)使用的并聯(lián)型有源濾波器</p><p>　　(2) 與LC濾波器混合使用方式。 </p><p>　　這種方式正是為了克服上一種方式要求容量較大的這一缺點(diǎn)而提出的。其基本思想是利用LC濾波器來分擔(dān)有源濾波器的部分補(bǔ)償任務(wù)。由于LC濾波器與有源濾波器相比

81、，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)且成本低，而有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償性能好。兩者結(jié)合同時(shí)使用，即可克服有源濾波器容量大、成本高的缺點(diǎn)，又可使整個(gè)系統(tǒng)獲得較好的性能。 </p><p>　　并聯(lián)型有源濾波器與LC濾波器混合使用的方式又可以分為兩種：一種是有源濾波器與LC濾波器并聯(lián)，另一種是有源濾波器與LC濾波器的串聯(lián)。圖2.6(a)是有源濾波器與LC濾波器并聯(lián)方式的一種。 </p><p>　　

82、有源濾波器和LC濾波器均與諧波源并聯(lián)接入電網(wǎng)，兩者共同承擔(dān)諧波補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)，LC濾波器主要補(bǔ)償較高次的諧波，是一個(gè)高通濾波器。這里，高通濾波器一方面用于消除補(bǔ)償電流中因主電路中器件通斷而引起的諧波，另一方面它可濾除補(bǔ)償對(duì)象中次數(shù)較高的諧波，從而使得對(duì)有源濾波器主電路的器件開關(guān)頻率的要求有所降低。這種方式中，由于LC濾波器只分擔(dān)了少部分補(bǔ)償諧波任務(wù)，故對(duì)降低有源濾波器的容量起不到明顯的作用。但因?qū)τ性礊V波器的主電路中器件的開關(guān)頻率要求不高，

83、所以實(shí)現(xiàn)大容量相對(duì)容易一些。 </p><p>　　圖2.6(b)是有源濾波器與LC濾波器并聯(lián)方式的另一種方式。在這種方式中，LC濾波器包括多組單調(diào)諧濾波器，承擔(dān)了絕大部分補(bǔ)償諧波和無功的任務(wù)。 </p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>

84、;　　圖2.6 并聯(lián)型有源濾波器與LC濾波器并聯(lián)方式</p><p>　　圖2.7 并聯(lián)型有源濾波器與LC濾波器串聯(lián)方式 </p><p>　　有源濾波器的作用是改善整個(gè)系統(tǒng)的性能，所需容量與單獨(dú)使用方式比可大幅度降低。</p><p>　　圖2.7所示為并聯(lián)型有源濾波器與LC濾波器串聯(lián)方式的原理圖。該方式中，諧波和無功功率主要由LC濾波器補(bǔ)償，而有源濾波器的作用是

85、改善LC濾波器的濾波特性，克服LC濾波器的易受電網(wǎng)阻抗的影響、易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的缺點(diǎn)。這種方式中，有源濾波器不承受交流電源的基波電壓，因此裝置容量小。由于有源濾波器與LC濾波器仍是與諧波源并聯(lián)入電網(wǎng)，故仍將其歸入并聯(lián)型。 </p><p>　　2、串聯(lián)型有源濾波器 </p><p>　　串聯(lián)型有源濾波器包括單獨(dú)使用方式和與LC濾波器混合使用方式兩種。 </p><p

86、>　　(1) 單獨(dú)使用的串聯(lián)型有源濾波器 </p><p>　　圖2.8是這種方式的原理圖。這種方式的特點(diǎn)是有源濾波器作為電壓源串聯(lián)在電源和諧波源之間。主要用于補(bǔ)償可看作電壓源的諧波源，這種諧波源的一個(gè)典型例子是電容濾波型整流電路，這種整流電路從交流側(cè)可被看作電壓源，串聯(lián)型有源濾波器輸出補(bǔ)償電壓，抵消由負(fù)載產(chǎn)生的諧波電壓，使供電點(diǎn)電壓波形成為正弦波。 </p><p>　　(2) 與

87、LC濾波器混合使用方式 </p><p>　　圖2.9是這種方式的原理圖。這種方式在并聯(lián)的負(fù)載和LC濾波器與電源之間串入有源濾波器。其特點(diǎn)與圖2.7所示的方式類似，諧波基本由LC濾波器補(bǔ)償，而有源濾波器的作用是改善LC濾波器的濾波特性?？蓪⒂性礊V波器看作一個(gè)可變阻抗，它對(duì)基波阻抗為零，對(duì)諧波卻表現(xiàn)為高阻抗，阻止諧波電流流入電網(wǎng)。從另一個(gè)角度說，有源濾波器起到了諧波隔離的作用。這樣還可抑制電網(wǎng)阻抗對(duì)LC濾波器的影響

88、，以及抑制電網(wǎng)與LC濾波器之間可能發(fā)生的諧振，從而極大的改善LC濾波器的性能。 </p><p>　　圖2.8 單獨(dú)使用的串聯(lián)型有源濾波器 </p><p>　　圖2.9 與LC濾波器混合使用的有源濾波器</p><p>　　從上面可總結(jié)出串聯(lián)型有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：裝置容量小、運(yùn)行效率高；對(duì)諧波電壓源類型的負(fù)荷有較好的補(bǔ)充特性。其缺點(diǎn)是：損耗較大、絕緣強(qiáng)度高、難以適

89、應(yīng)線路故障條件以及不能進(jìn)行無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，其工程實(shí)用性受到限制；串聯(lián)型有源濾波器的投切、故障后的退出及各種保護(hù)也較并聯(lián)型有源濾波器復(fù)雜。 </p><p>　　通過上述各種濾波器的性能比較和分析，權(quán)衡各種濾波器的利弊，本文研究具有高適用性，高性價(jià)比及將具有高普及性的并聯(lián)型有源濾波器。并在設(shè)計(jì)中加入了高通濾波器組，用以消除開關(guān)頻率附近的高次諧波。 </p><p><b>　　2

90、.2無源濾波器 </b></p><p>　　無源濾波器是利用電路的諧振原理，即當(dāng)發(fā)生某次諧波的諧振時(shí)，裝置對(duì)該次諧波形成低阻通路，從而達(dá)到濾除諧波的目的。在結(jié)構(gòu)上它是由電力電容器、電抗器和電阻經(jīng)適當(dāng)組合而成，運(yùn)行中與諧波源并聯(lián)，除了起濾波外還兼顧無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩o源濾波器具有投資少、造價(jià)低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便，在吸收高次諧波方面效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p&

91、gt;　　2.3有源濾波器和無源濾波器的比較 </p><p>　　PF成本低、技術(shù)成熟，還可補(bǔ)償無功功率，但存在以下不足： </p><p>　　1、只能對(duì)特定諧波進(jìn)行濾波。諧振頻率依賴于元件參數(shù)，因此單調(diào)諧濾波器只能消除特定次數(shù)的諧波，高通濾波器只能消除截止頻率以上的諧波。 </p><p>　　2、濾波器參數(shù)影響濾波性能。由于調(diào)諧偏移和殘余電阻的存在，調(diào)諧濾波

92、器的阻 </p><p>　　抗等于零的理想條件是不可能出現(xiàn)的，阻抗的變化大大妨礙了濾波效果。LC參數(shù)的漂移將導(dǎo)致濾波特性改變，使濾波性能不穩(wěn)定。 </p><p>　　3、對(duì)于諧波次數(shù)經(jīng)常變化的負(fù)載濾波效果不好。當(dāng)濾波器投入運(yùn)行之后，如果諧波的次數(shù)和大小發(fā)生了變化，便會(huì)影響濾波效果。并且需要根據(jù)諧波次數(shù)的多少，設(shè)置多個(gè)LC濾波電路。 </p><p>　　4、濾波

93、特性依賴于電網(wǎng)參數(shù)。電網(wǎng)的阻抗和諧波頻率隨著電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況隨時(shí)改變，對(duì)諧波電流的濾除效果受電力系統(tǒng)阻抗的影響較大。 </p><p>　　5、可能與系統(tǒng)阻抗發(fā)生串并聯(lián)諧振。PF可能與系統(tǒng)阻抗發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振，從而使裝置無法運(yùn)行，使該次諧波分量放大，使電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。 </p><p>　　6、隨著電源側(cè)諧波源的增加，可能會(huì)引起濾波器的過載，電網(wǎng)中的某次諧波電壓可能在LC網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生很

94、大的諧波電流。 </p><p>　　7、同一系統(tǒng)內(nèi)，在裝有很多濾波器的情況下，欲取得高次諧波流入的平衡很困難。 </p><p>　　8、電容器組無功功率補(bǔ)償能力與公共連接點(diǎn)電壓的平方成正比，補(bǔ)償效果并不理想。 </p><p>　　9、消耗大量的有色金屬，體積大，占地面積大。與PF相比，APF具有以下一些優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　1、

95、濾波性能不受系統(tǒng)阻抗的影響。 </p><p>　　2、不會(huì)與系統(tǒng)阻抗發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化不會(huì)影響治理效果。 </p><p>　　3、原理上比PF更為優(yōu)越，用一臺(tái)裝置就能完成各次諧波的治理。 </p><p>　　4、實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)治理，能夠迅速響應(yīng)諧波的頻率和大小發(fā)生的變化。 </p><p>　　5、由于裝置本身能完成輸出限制

96、，因此即使諧波含量增大也不會(huì) </p><p>　　6、具備多種補(bǔ)償功能，可以對(duì)無功功率和負(fù)序進(jìn)行補(bǔ)償。 </p><p>　　7、諧波補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)頻率變化的影響。 </p><p>　　8、可以對(duì)多個(gè)諧波源進(jìn)行集中治理。 </p><p>　　3諧波電流檢測方法研究 </p><p><b>　　3.1

97、概述 </b></p><p>　　諧波電流的正確檢測，要求正確選擇檢測點(diǎn)，精確地、無延時(shí)地獲得高次諧波的各種信息，以便于控制補(bǔ)償電流的產(chǎn)生。必須根據(jù)有源濾波器不同的補(bǔ)償目的，來選擇相應(yīng)的高次諧波檢測方法和補(bǔ)償電流的控制方案。 </p><p>　　準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流，是有源濾波器進(jìn)行精確補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。諧波電流的檢測方法可分為頻域和時(shí)域兩大類，基于頻域的檢

98、測方法主要有帶阻濾波器檢測法和快速傅立葉變換法等，由于它們固有的缺陷，濾波效果較差，不能滿足準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性的要求。 </p><p>　　為了克服頻域檢測方法的不足，本文應(yīng)用時(shí)域檢測方法中的瞬時(shí)無功功率理論進(jìn)行諧波電流檢測。重點(diǎn)討論采用瞬時(shí)無功功率理論進(jìn)行諧波檢測和處理，檢測的速度和精度與數(shù)據(jù)處理的時(shí)間和負(fù)載的變化率有關(guān)。在本文中假定非線性負(fù)載不變。近年來，自適應(yīng)檢測方法、預(yù)測檢測方法、基于滑模原理的檢測與控制方法

99、等新型檢測控制方法不斷發(fā)展并被人們運(yùn)用，但每種方法都存在不足之處，需要進(jìn)一步的驗(yàn)證與完善。 </p><p>　　三相電路瞬時(shí)無功功率理論自提出以來，在許多方面得到了成功的應(yīng)用。以該理論為基礎(chǔ)，可以得出諧波及無功電流的實(shí)時(shí)檢測方法。借助該方法構(gòu)成的有源濾波器可以對(duì)大小、頻率都變化的諧波以及無功進(jìn)行補(bǔ)償。它可分為p-q法，和由其演變發(fā)展出的ip-iq法和d-q法。 </p><p>　　3.

100、2諧波檢測方法的發(fā)展趨勢 </p><p>　　1、由確定性的慢時(shí)變的諧波檢測轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)條件下的速動(dòng)、暫態(tài)諧波跟蹤，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行深入發(fā)展的需要； </p><p>　　2、諧波檢測算法向復(fù)雜化、智能化發(fā)展：求解方法從直觀的函數(shù)解析，進(jìn)入復(fù)雜的數(shù)值分析和信號(hào)處理領(lǐng)域；諧波檢測與諧波分析如何相互配合。針對(duì)非穩(wěn)態(tài)波形畸變，尋求新的數(shù)學(xué)方法，如小波變換等，是人們關(guān)注的方向； </p

101、><p>　　3、硬件設(shè)備的精度、速度和可靠性的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)高性能算法和實(shí)時(shí)控制奠定了基礎(chǔ)，如研究多通道諧波分析儀和電能質(zhì)量檢測儀； </p><p>　　4、諧波檢測與實(shí)時(shí)分析、控制目標(biāo)相結(jié)合，使檢測與控制集成化、一體化； </p><p>　　5、建立更為完善的功率定義和理論，將新理論應(yīng)用于諧波檢測，提出新的檢測方法和檢測手段，使諧波測量在精度和實(shí)時(shí)性方面取得突

102、破； </p><p>　　6、研究諧波特性辨識(shí)方法，為高精度檢測方法提供依據(jù)。 </p><p>　　3.3瞬時(shí)無功功率理論 </p><p>　　三相電路瞬時(shí)無功功率理論自提出以來在許多方面得到了成功的應(yīng)用，它可以用于對(duì)有源濾波器的諧波電流和無功電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。瞬時(shí)無功功率理論的基本思想是，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行變換使其中的基頻分量轉(zhuǎn)化為直流量，而其他的倍頻分量仍然為

103、交流變化量，通過低通濾波提取包含基頻信息的直流量，再反變換就得到了基頻分量。 </p><p>　　瞬時(shí)無功功率的實(shí)質(zhì)是將n次諧波變換為n-1次諧波信號(hào)，故一般的5，7，11，13，17，19等奇次諧波將變?yōu)?00Hz，300Hz等的交流信號(hào)，而基頻分量變?yōu)橹绷餍盘?hào)。由數(shù)字信號(hào)處理方面的理論，將直流信號(hào)從包含200Hz甚至更高頻率的信號(hào)中分離出來，低通濾波器的參數(shù)要經(jīng)過綜合考慮，才能滿足很高的濾波精度和足夠快的響

104、應(yīng)速度。 </p><p>　　設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為、 、。和、、。為分析問題方便，把它們變換到α-β兩相正交的坐標(biāo)系上研究。由下面的變換可以得到α-β兩相瞬時(shí)電壓e、e，和兩相瞬時(shí)電流i、i。</p><p><b>　　(3.1) </b></p><p><b>　　(3.2)</b></p&

105、gt;<p><b>　　式中</b></p><p><b>　　(3.3)</b></p><p><b>　　由矢量圖可知： </b></p><p><b>　　(3.4)</b></p><p><b>　　(3.5)&l

106、t;/b></p><p><b>　　(3.6)</b></p><p><b>　　(3.7)</b></p><p><b>　　(3.8) </b></p><p><b>　　(3.9) </b></p><p>&

107、lt;b>　?。?.10）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　3.3.1基于p、q運(yùn)算方式的諧波電流檢測 </p><p>　　該方法的矢量圖如圖3.1所示。 </p><p&

108、gt;　　根據(jù)定義計(jì)算出p、q，經(jīng)低通濾波器(LPF)得p、q的直流分量。電網(wǎng)電壓無畸變時(shí)，p為基波有功電流與電壓作用所產(chǎn)生，q為基波無功電流與電壓作所產(chǎn)生。由qp、即可計(jì)算出被檢測電流、、的基波分量與、、 。 </p><p>　　圖3.1 α-β坐標(biāo)系中的電壓、電流矢量 </p><p><b>　　(3.12) </b></p><p>

109、　　將、、分別與、、相減，即可得出、、的諧波分量、、。當(dāng)有源濾波器同時(shí)用于補(bǔ)償諧波無功功率時(shí)，就需要同時(shí)檢測出被補(bǔ)償對(duì)象中的諧波和無功電流。這種情況下，只需要計(jì)算q的通道即可。這時(shí)，由p即可計(jì)算被檢測電流、、的基波分量、、為： </p><p><b>　　(3.13) </b></p><p>　　由于采用了低通濾波器(LPF)求取qp、，故當(dāng)被檢測電流發(fā)生變化時(shí)，

110、需要經(jīng)一定的延時(shí)。但當(dāng)只檢測無功電流時(shí)，則不需要低通濾波器，只需要將q反變換即可得出無功電流，得到的無功電流如式(3-14)所示： </p><p><b>　　(3.14) </b></p><p>　　但是，此方法檢測諧波電流的精度受電網(wǎng)電壓影響，當(dāng)電網(wǎng)電壓為非對(duì)稱、發(fā)生畸變時(shí)會(huì)導(dǎo)致檢測不準(zhǔn)確，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。 </p><p>　　

111、3.3.2基于ip、iq運(yùn)算方式的諧波電流檢測 </p><p>　　此方法是在ｐ、ｑ法的基礎(chǔ)上提出的，其框圖如圖3.2所示。 </p><p>　　圖3.2 、運(yùn)算方式框圖 </p><p><b>　　圖中： </b></p><p><b>　　式中</b></p><p

112、>　　該方法中，需要用到與a相電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號(hào)和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)-。它們由一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)和一個(gè)正、余弦信號(hào)發(fā)生電路得到。根據(jù)定義可以計(jì)算出、，經(jīng)LPF濾波得出、的直流分量qpii、。這里，qpii、是由 ，，產(chǎn)生的，因此由qpii、即可計(jì)算出，，，進(jìn)而計(jì)算出， ，。與ｐ、ｑ運(yùn)算方式相似，當(dāng)要檢測諧波和無功電流之和時(shí)，只需要斷開圖3.2中的通道即可。而如果只需檢測無功電流，則只需要對(duì)進(jìn)行反變換即可。 </p>