混合电力滤波器实习报告.docx

实习（调研）报告一.课题的来源及意义 众所周知谐波对于电力系统和通信线路有不利的影响，主要表现为：对临近的通信系统产生杂音干扰；影响精密电子设备(计量仪表和电子计算机)的正常工作；干扰纹波控制电力载波系统，引起遥控、负荷控制和遥测的运行异常；使电力系统的电力设备产生附加的损耗和发热，从而降低其容量利用率和运用效率；使继电保护误动作，使电能计量出现混乱：干扰大型电机控制系统和电厂励磁系统；引起感应电机或同步电机的机械振动；也可能引起系统谐振，使电容器、电抗器过流、过压，严重时发生烧毁、击穿，在一般的情况下也会降低一些电力设备(主要是电力电容器和电力电缆)的使用寿命和工作可靠性2。 电力系统中许多电气元件都产生不同程度的谐波，其中各种整流设备，交直流换流设备产生谐波尤为严重。铁道电力牵引以功率大、过载能力强、运营费用低、便于实现自动化、不污染环境的优点而备受青睐，从而被越来越广泛地运用到现代铁路运输中。截止 2005 年，我国己建成 43 条电气化铁路干(支)线，电气化铁路总里程达到 20132km，已占全国铁路运营业里程的 27.08，完成铁路运营量的 50以上，电力牵引成为干线运输的主要动力方式。铁道电力牵引经济、可靠的优势依赖于给其供电的强大供电网电力系统。但是由于电气化铁道的供电系统采用 ac/dc 整流型能量变换方式，其谐波含量大的问题尤为突出。因此，电气化铁道牵引负荷是一种重要的谐波污染源。电气化铁道的谐波问题一直受到电力系统和铁路供电技术人员和学者的广泛关注。与其他非线性负荷的谐波相比电气化铁道谐波的特点是3： (1) 单相独立性。虽然我国铁路的供电系统都采用两相供电，但两相负荷相关性很小，通常认为两臂负荷是相互独立的。 (2) 随机波动性。谐波电流随基波负荷剧烈波动，范围很大。 (3) 相位分布广泛。谐波向量可在复平面四个象限上出现。 (4) 稳态奇次性。单相整流负荷在稳态运行时只产生奇次谐波，实测显示偶次谐波电流很小。(由于电牵引负荷具有此特性，在本文以后的计算中涉及到负荷电流谐波时均忽略其中的偶次分量) (5) 高压渗透性。电气化铁道是为数不多的高压用户，其任一次谐波都通过高压系统向全网渗透，不受变压器接线方式的阻碍。 针对电力牵引负荷中 3 次谐波的含量很高的特点，我国的电气化铁道在牵引变电所安装 3 次谐波装置进行滤波，只能滤除 50左右的 3 次谐波，其滤波效果远不能满足要求。 电气化铁道严重的谐波污染己经成为影响电力系统经济与安全可靠运行的不良因素。电气化铁道对于电力系统而言，属于大众工业用户，因此，电气化铁道的谐波问题引起了电力部门的高度重视。 二. 国内外发展状况目前，治理电气化铁道的谐波污染的方法可分为主动型和被动型两种4。主动型就是设法使电力机车少产生或不产生谐波。目前较成熟的办法是：使用交直交型或交交型电力机车。被动型，即外加滤波器，比如在电力系统中加lc滤波器，或在装置的电网侧加有源滤波装置等。由于几十年来我国生产了大量的交直型电力机车，而且正在生产的电力机车中交直型电力机车仍占了绝大部分，所以，在若干年内交直型仍将是我国电力机车的主力。因此，装设谐波补偿装置将是治理电气化铁路谐波污染的主要方式。 被动型抑制方案，由于此处的滤波器直接与电网相连，因此设计时应考虑到:邻近的谐波源对滤波器的影响;系统参数对滤波器的影响;后续变流器负载对滤波器的影响。按照其采用的电路结构可以分为: 有源滤波器方案，无源滤波器方案和混合滤波器方案三大类。所谓无源滤波器是采用由电容、电抗(电感)、和电阻构成的无源电力滤波器，利用无源器件的谐振特性，消除谐波的方式。所谓有源滤波器是指应用电力电子技术，在外加信号的作用下形成受控电压源或受控电流源，产生与谐波反向的电源信号来消除谐波补偿无功的方式。混合方式顾名思义两种方式的复合使用。传统的电力无功补偿是靠断路器投切电容器组或同步调相机来实现的。断路器投切方式存在投切时对电容及开关装置本身和系统、负载产生冲击损坏等问题。无功补偿装置的固定接入运行还会出现无功负载低谷时(如下半夜)系统电压被抬高而造成供用电装置空载损耗大、加速绝缘老化甚至无功倒送等问题。同步调相机也因存在运行维护复杂、功耗大、动态响应慢不能适应在某些快速变化的工业负载条件下抑制电压闪变等问题，七十年代以来已逐渐被静止式无功补偿装置所取代。无源滤波器具有安装容量较小、投资少、结构简单，运行可靠及维修方便的优点，但是存在如下缺点： (1) 滤波特性受系统参数的影响大，并可能与系统发生谐振或谐波放大，危及系统安全。 (2) 只能消除极少数特定次的谐波，其滤波效果远不能满足要求。 采用有源滤波器就近吸收谐波源所产生的谐波电流是抑制谐波污染的有效措施。有源滤波器的基本思想在上世纪六七十年代就已形成，它不仅可以抑制谐波还能补偿无功、负序，抑制闪变。其基本原理是根据需要从补偿对象中提取出希望消除的电流分量，由补偿装置产生一个与该电流分量大小相等极性相反的补偿电流。当只用有源滤波器 补偿谐波时，就只从对象中提取谐波电流分量进行补偿。有源滤波器可以克服无源滤波器存在的不足，对供电系统污染进行综合治理。然而，从实用的角度考虑，下列因素影响了有源滤波器的推广应用： (1) 有源滤波器的补偿容量受到电力电子器件的耐压、容量、开关频率及动态补偿性能的限制。 (2) 与无源滤波器相比，初期投资大(在日本为 ppf 的 35 倍)，运行费用高(效率为 95左右)，电磁干扰(emi)大。 电力电子技术的飞速发展、大功率可关断器件的进步使得将有源滤波器技术用于治理电网污染的条件己经成熟。在国外，有源滤波器己被大量投入使用。 因此，在研究高性能有源滤波器的同时，人们也致力于使有源滤波装置容量降低的无源有源混合滤波方案的研究。 将无源滤波器与有源滤波器组合在一起而构成的混合型滤波器是近年来发展起来的一种经济、安全可靠、实用的谐波补偿技术。三 研究内容本课题研究的是适用于牵引电力系统的混合电力滤波器。在传统的混合滤波器与新的混合滤波器进行比较。传统滤波器：长期以来无源电力滤波器一直被用来吸收非线性负载下的谐波电流。它的优势在于低成本和高效率。然而，它受制于电网和负载之间的谐振。另外，线路变化、支路增加、负载增加等引起的电力系统阻抗值的变化，和无源滤波器件的偏差，都会影响到它的补偿效果。而且设计一套好的无源滤波系统需要大量的前期测试和调查，一个不够灵活的电力系统使得无源滤波器的设计更为困难。电力有源滤波器己经在电力系统中备受关注。无论是串联拓扑还是并联拓扑，都己有过相当多的研究。通常地，并联型有源电力滤波器更适合于对电流谐波的补偿和功率因数校正，而串联型有源电力滤波器针对电压畸变有更好的补偿特性。或是说，并联型有源电力滤波器工作于受控电流源模式，因而补偿电流谐波，串联型有源电力滤波器则多工作于受控电压源模式，用来补偿电压谐波。考虑到在电力系统中，更多见的是电流谐波源型负载带来的电能质量恶化，并联型有源电力滤波器一直是有源电力滤波器领域里研究的焦点.可是如果单独使用并联有源滤波器，交流电源的基波电压直接(或经过变压器)施加到变流器上，且补偿电流基本由变流器提供，故要求变流器具有较大的容量。因此，单独使用的并联型有源滤波器可以为小容量非线性负载的场合提供有效的解决方案，但是在大功率场合就不是那么可行了。第一种新型混合混合滤波器;并联混合型电力滤波器，即是采用将lc无源滤波器与有源滤波器串联使用，可以很好的解决上述问题。谐波和无功功率可以主要由lc滤波器补偿，而有源滤波器的作用是改善lc滤波器的滤波特性，克服lc滤波器易受电网阻抗的影响、易与电网阻抗发生谐振等缺点。有源滤波器不承受交流电源的基波电压，因此装置容量小。可见，并联混合型滤波器一方面极大地改善了无源滤波器的补偿效果，另一方面，使得有源滤波器能以相对较低的容量应用于大功率场合，确保了系统的维护成本。而且，并联混合型滤波器的使用灵活方便，对于己经安装并正在使用的无源滤波器，可以通过在其终端串接入有源滤波器的方法，方便地转换成混合型拓扑，迅速改善补偿效果第二种新型混合电力滤波器：将无源滤波器和有源滤波器串联后再并联在母线上，这样有源滤波器能够改善无源滤波器的滤波性能，防止无源滤波器与系统阻抗发生谐振，而且通过控制使有源滤波器基本不承受基波电压，从而能大大降低有源滤波器的容量。有源滤波器串在无源滤波器下部有利于保护和降低绝缘等级。本文的主要工作包括： (1) 分析一种有源滤波器的拓扑结构，从理论上推论了其工作原理。 (2) 建立混合滤波器结构及原理，确定滤波器的安装位置，参数计算。 (3) 应用 matlab 对其进行仿真分析，得到仿真结果。 (4) 最后，对以后的进一步研究方向提出了设想。 四 研究目标在科技和经济快速发展的背景下，电气化铁路是我国铁路的发展方向，而电气化铁路的谐波问题，对电力系统的安全运行产生了负面的影响。为适应形势的需要，通过比较传统和新型滤波器的优缺点，选择出更安全、有效、经济的方案对电气化铁道的谐波污染进行治理。五 .可行性分析将有源滤波器与无源滤波器组合使用，合理分担补偿需求，既能减少有源滤波器的容量，又能弥补有源滤波器与无源滤波器各自的不足，是实现谐波治理最有前途的技术之一。尤其是对于治理电气化铁路产生的大容量谐波源，能够充分发挥无源滤波器耐高压、大容量实现容易等特点，以及有源滤波器所具有的宽谐波抑制范围和自动跟踪等优势。牵引变电所采用无源有源混合滤波装置用于治理谐波污染，不失为一种投资适中，技术先进的设计方案。 六 .本课题的进度安排如下：（毕业设计共14周）12周： 接受毕业设计任务书，收集资料，完成调研报告及详细进度计划表的填写工作，开始查阅外文文献。310周： 在第10个教学周前完成外文文献翻译工作，了解混合滤波器结构和原理，确定安装位置，应用matlab软件上机仿真、上机调试检验及相关修改。1112周：仿真结果进行分析，完成论文初稿。 13周：完善论文，制作powerpoint演示文档，打印论文，准备答辩。14周：参加答辩。六参 考 文 献 1 吴竟昌，孙树勤，宋文南等.电力系统谐