電力系統(tǒng)中諧波分析

1、電力系統(tǒng)中諧波的分析、檢測與抑制方法的研究   - 1 - 第1章 緒論 1.1課題研究的背景及意義 電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20、30年代就引起了人們的注意，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。70年代以來，由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害日益嚴(yán)重。 諧波的研究具有重要意義，首先是諧波的危害十分嚴(yán)重。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，導(dǎo)致電

2、氣設(shè)備壽命縮短，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)而言，無諧波是“綠色”的主要標(biāo)志之一。在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，要求實(shí)施“綠色電力電子”的呼聲也日益高漲。目前，隨著全人類環(huán)保意識的加強(qiáng)，對電力系統(tǒng)諧波污染的抑制也己成為電工科學(xué)技術(shù)界所必須解決的問題。 最近十幾年間，對電力系統(tǒng)諧波問題的研究，己經(jīng)超出了電力系統(tǒng)自身的研究范圍。同時，電力系統(tǒng)諧波相關(guān)問題己經(jīng)受到了世界各國經(jīng)濟(jì)、行政管理部門的重視，不少國家己先后制定了限制電力系統(tǒng)諧波的標(biāo)準(zhǔn)，其中也包括一些限制和管理措施。盡管近十幾年來，對電力系統(tǒng)諧波問題的研究取得很大進(jìn)展。在

3、學(xué)術(shù)上還有許多問題需要人們?nèi)パ芯拷鉀Q、在解決這些問題的同時，才真正談其制定合適的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)來限制和管理電力系統(tǒng)的諧波，并對其進(jìn)行有效的制。 1.2 國內(nèi)外對諧波的分析、檢測與抑制方法研究的現(xiàn)狀 諧波檢測方法是電力諧波分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是當(dāng)前各相關(guān)文獻(xiàn)論述的重點(diǎn)。諧波檢測一般包括三個步驟:諧波信號預(yù)處理；諧波幅值和相位測量；測量再處理。其中諧波信號預(yù)處理和結(jié)果再處理都作為輔助算法，為諧波測量服務(wù)，以優(yōu)化檢測性能，達(dá)到對諧波的分析、檢測以及抑制高次諧波的目的。 電力系統(tǒng)中諧波的分析、檢測與抑制方法的研究   - 2&#

4、160;- 1.2.1目前國際上對電力諧波的研究現(xiàn)狀 國際上對電力諧波問題的研究大約起源于五六十年代，當(dāng)時的研究主要是針對高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題。近十幾年間電力諧波的研究，已經(jīng)越過了電力系統(tǒng)的范疇，并且形成了自己特有的理論體系、分析研究方法、控制與治理技術(shù)、監(jiān)測方法與技術(shù)、限制標(biāo)準(zhǔn)與管理制度等。目前，諧波研究仍是一個非?；钴S的領(lǐng)域。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。但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，這些裝置一般可分為無源濾波器和有源濾波器兩種。 

5、(l)無源濾波裝置。傳統(tǒng)無源濾波通過使用RLC無源元件的串并聯(lián)方式構(gòu)成無源的單調(diào)諧、高通或低通等濾波器，以達(dá)到濾除諧波的目的，而且這種諧波抑制裝置還可以起無功補(bǔ)償和電壓調(diào)整的作用。由于它具有成本低、技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，所以它仍然是目前廣泛使用的諧波抑制技術(shù)。但它也有其一些不足之處，主要表現(xiàn)為：(a)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：(b)單調(diào)諧無源濾波器僅在其調(diào)諧點(diǎn)及附近具有較好的濾波效果，偏離調(diào)諧點(diǎn)后，濾波效果將明顯變差。 (2)有源濾波裝置。隨著20世紀(jì)60年代以來新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時無功功率理論

6、地提出，針對無源濾波器的缺陷，在1969年Bird和Marsh等人提出了向電網(wǎng)中注入三次諧波電流以減少電源系統(tǒng)中電流的諧波成分。之后，在1976年GyugyiL等人提出了用大功率晶體管PWM變換器構(gòu)成有源濾波器，并正式提出了有源濾波的概念。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(shí)時監(jiān)測方法的提出，使APF得以迅猛發(fā)展。APF通過向電網(wǎng)注入諧波及無功或改變電網(wǎng)的綜合阻抗頻率特性，以改善波形，除了具有響應(yīng)速度快，具有很好的動態(tài)實(shí)時補(bǔ)償功能等優(yōu)點(diǎn)外，還具有可進(jìn)行無功補(bǔ)償，抑制電壓閃變等多種功能。因此APF逐漸成為了一種具有很大潛在應(yīng)用價值

7、的諧波補(bǔ)償裝置，并開始得到迅速的發(fā)展。但由于全控型功率器件的成本及性能，制約了APF的實(shí)際應(yīng)用，目前只有在日本得到比較廣泛的推廣。APF一般分為并聯(lián)型、串聯(lián)型和混合型三種。從補(bǔ)償?shù)慕嵌葋砜?，APF可以分為無功補(bǔ)償、諧電力系統(tǒng)中諧波的分析、檢測與抑制方法的研究   - 3 - 波補(bǔ)償、平衡三相系統(tǒng)電壓或電流以及多重補(bǔ)償。常規(guī)的并聯(lián)型APF可以同時補(bǔ)償諧波電流和無功，屬于多重補(bǔ)償?；旌螦PF只能補(bǔ)償諧波電流，屬于諧波補(bǔ)償。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，從1984年開始，每兩年召開一次的電力系統(tǒng)國際

8、諧波會議 (ICHPS)為這個領(lǐng)域的國際交流提供了直接的渠道，正推動著諧波研究工作深入開展。 1.2.2 目前國內(nèi)對電力諧波的研究現(xiàn)狀 我國許多科研和生產(chǎn)單位，一些高等院校相繼開展了諧波研究工作，并積極與國外研究機(jī)構(gòu)參與一些相關(guān)技術(shù)探討。但是，我國在APF方面的研究仍處于起步階段，研究APF主要集中在并聯(lián)型、混合型，也開始研究串聯(lián)型。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。理論上涉及到了功率理論的定義、諧波電流的檢測方法、有源電力濾波器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性研究等。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(yùn)行，至今未有并聯(lián)型有源電力濾波器正式產(chǎn)品用于實(shí)際。因此我國有源濾波技術(shù)具有廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景，從近年的研究和應(yīng)用中我們可以看出APF具有如下的發(fā)展趨勢 (l)通過采用PWM調(diào)制技術(shù)和提高開關(guān)器件等效開關(guān)頻率的多重化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對高次諧波的有效補(bǔ)償和系統(tǒng)大容量的實(shí)現(xiàn)； (2)從經(jīng)濟(jì)上考慮，可以采用妙F與PF組成的混合型濾波系統(tǒng)