（电气工程专业论文）新型注入式混合有源滤波器的理论及其应用研究.pdf

新! l ! 注入式混合彳】i 源滤波器的理论及j e j 啦用研究 摘要 随着国民经济的发展和人们生活水平的提高，用户对电能质量的要求也越来 越高，电压质量和谐波的问题变得越来越突出。电压质量和谐波问题日益严重的 主要原因是因为输配电技术的落后，对无功、谐波不能实施有效、灵活的控制和 补偿，进而不能改善电压质量、降低谐波含量，导致电网运行环境同趋恶劣。因 此，推进输配电谐波治理和大容量无功补偿一体化装备的研究并尽快产业化已势 在必行。 本文以江西某铜箔厂大容量无功补偿和谐波抑制项目为依托，以一种新型注 入式混合有源滤波器的工程实现为主线，研究内容涵盖了新型注入式混合有源滤 波器的基本工作原理、系统稳定性、检测和控制算法、综合补偿技术、主电路参 数设计和相关的工程实现及应用等方面，形成了一套较为完善的谐波治理和大容 量无功补偿一体化方案。本文所做研究的特色和创新之处以及获得的有益结论主 要体现在以下几个方面： 1 、根据江西某铜箔厂提出的“可以适用于高电压、大容量谐波系统的治理， 并且具有大容量无功静补的能力，同时有源部分容量很小”的要求，本文提出了 一种新型的混合有源滤波器拓扑结构，即新型注入式混合有源滤波器。其基本工 作原理是：有源部分等效于在电网支路中串联了一个谐波阻抗，该谐波阻抗对基 波电流不起作用，而对谐波电流产生很大阻碍作用，迫使谐波电流流入无源滤波 器，从而达到滤除谐波的目的；同时新型注入式混合有源滤波器还充分利用了无 源滤波器的无功补偿功能，在不增加有源部分容量的前提下，可以提供一定容量 的无功功率；由于有源部分承受的电网基波电压不大，也没有基波电流流入，因 此逆变器容量小，初期投资较小。本文所提出的新型注入式混合有源滤波器具有 抑制电网阻抗与无源滤波器之间的串联、并联谐振，改善无源滤波器的滤波效果 以及提高系统鲁棒性三个方面的稳态补偿特性，完全满足该铜箔厂所提出的谐波 治理要求。随着有源部分投入容量的增加，新型注入式混合有源滤波器的谐波抑 制效果越来越好，但这并不意味着有源部分投入的容量越大越好，其实际取值必 须考虑到系统稳定性和工程造价等因素。按照安全、可靠、经济的原则，本文选 择了检测电网电流的控制策略，通过对有源部分进行适当控制来等效增大电网支 路的谐波阻抗，由于引入了电网电流反馈而形成了闭环控制，整个系统有发生不 稳定的可能。通过分析，本文得到了新型注入式混合有源滤波器用于稳定性研究 的数学模型，并据此运用劳斯判据讨论了延时、无源滤波器以及电网电感参数对 系统稳定性的影响。根据系统稳定性分析的结论，本文提出了一种k 值在线自调 整技术，使得不论是在轻微畸变状况下还是在严重畸变状况下，新型注入式混合 n 博i j 学化论文 有源滤波器都能实现良好的谐波抑制效果，电网谐波畸变程度被控制到很小。 2 、众所周知，有源滤波器工作的有效性依赖于是否能够得到真实反映欲补 偿分量的参考信号。通过利用幅值积分信号的选频特性，本文提出了j 下序、负序 基波提取器，该正序、负序基波提取器具有对电网基频偏差不敏感、适用于电压 ( 或电流) 的正序和负序基波分量准确提取的优点。据此，本文提出了两种检测 方法，即改进同步参考坐标法和基于正序、负序基波提取器的检测方法，前者通 过采用正序基波提取器，实现对电网正序基波电压矢量的同步旋转跟踪，从而省 去了锁相环及三角函数计算；后者则是利用正序基波提取器得出正序基波电流， 再与被检测电流相减得到欲补偿分量，由于绕开了对电网正序基波电压的检测， 因此既不需要锁相环、低通滤波器，也不需要进行a p 坐标系变换到d q 坐标系及 其反变换的计算。 3 、通过改进同步参考坐标法获得了新型注入式混合有源滤波器的参考信号 后，为实现对参考信号的实时、精准跟踪，本文对新型注入式混合有源滤波器的 电流跟踪控制算法进行了研究。通过采用开关函数建模法，本文获得了用于电流 跟踪控制研究的数学模型，并结合双滞环电流控制方法响应速度快、开关损耗低 等优点和递推积分p i 控制方法无稳态误差的特点，提出了一种新的复合型电流 控制方法。该算法利用经典的积分分离控制思想：当误差电流很大时，采用双滞 环电流控制方法中的外环控制策略以实现大幅度减小误差电流的目的；当误差电 流较大时，采用双滞环电流控制方法中的内环控制策略以实现进一步减小误差电 流和减少开关次数、降低开关损耗的双重目的；当误差电流较小时，采用递推积 分p i 控制方法以实现稳态时误差电流为o 的目的。 4 、为保证新型注入式混合有源滤波器能按其工作原理实现预期的谐波抑制 效果，必须对电压源型逆变器所呈现的非线性予以补偿、所产生的高频开关谐波 进行抑制。针对实际工程项目中出现的问题，本文重点研究了直流侧电压波动的 原因、所造成的负面影响以及保持直流侧电压稳定的实现方法；分析了死区对输 出电压的影响，并提出了相关的解决方法；通过对输出电流方向的判断，提出了 一种补偿算法用以消除因开关器件电压降所带来的不对称问题；从电流跟踪控制 算法、采用基于随机脉冲位置的近似无死区s v p w m 调制策略、安装优化设计得到 的输出滤波器等方面入手以有效抑制开关谐波；并提出采用一种综合补偿技术， 用以改善整个滤波系统的输入、输出性能。 5 、针对我国在有源滤波器的工程应用研究方面较为薄弱，尤其是大容量有 源滤波装置的实际工程应用目前国内少有先例的现状，根据谐波治理项目的工程 背景，本文研究了新型注入式混合有源滤波器各个组成部分的优化设计问题：讨 论了无源滤波器优化设计所应遵循一般性原则，以及注入支路设计时所应遵循的 安全性、可靠性原则，并提出应当运用多目标遗传算法才能获得综合性能较优的 i i i 新，魁注入- r 混合钉源滤波器的理论及j 应用研究 无源滤波器；考虑到耦合变压器所起到的电压隔离和均衡原副边电压、电流的作 用，因此在设计时应着重考虑变压器的容量大小、变比和联接组问题；在采用输 出滤波器有效滤除因功率器件通断所带来的高频开关谐波的同时，还需考虑输出 滤波器对有源滤波器补偿性能的影响，并满足电流跟踪要求、确保由电网电压闪 变所造成的反相整流现象不会导致功率器件的损坏；为了节省开发和调试周期， 新型注入式混合有源滤波器中的大功率逆变器采用的是智能功率模块，但在实际 应用时还应注意光隔、控制电源、散热器和驱动接口电路的设计、使用问题，以 及直流侧电容的选取；新型注入式混合有源滤波器的系统构成也予以了介绍。目 前，新型注入式混合有源滤波器已在江西某铜箔厂成功投运，现场实际应用效果 表明，该新型注入式混合有源滤波器能很好的抑制电网谐波，并补偿一定的无功 功率，完全达到设计要求，值得推广应用。 综上所述，本文以一种新型注入式混合有源滤波器为例，以该混合有源滤波 器的拓扑结构、稳定性、谐波检测算法和电流跟踪算法等理论为依托，结合一种 旨在稳定直流侧电压、消除死区效应的影响和开关器件电压降所带来的不对称问 题、有效抑制开关谐波的综合补偿技术，成功的研制出一套集谐波治理和大容量 无功补偿为一体的电能质量改善装备，并将其投入实际工程应用，取得了较好的 应用效果。本文的研究工作可为加快其他类型的混合有源滤波器的产业化进程提 供借鉴，从而实现还电网一个洁净的电气环境、营造“绿色电网 的目的。 关键词：注入式；有源滤波器；稳定性；谐波检测；电流跟踪控制；综合补偿技 术；参数设计；工程应用 博l j 学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m ya n dt h ee n h a n c e m e n to fp e o p l e s l i v i n gs t a n d a r d ，m o r ea n dm o r es t r i c tr e q u i r e m e n t sf o rp o w e rq u a l i t ya r en e e d e db y e l e c t r i c a l p o w e ru s e r s b e c a u s et h ep r o b l e m sc a u s e d b yv o l t a g eq u a l i t y a n d h a r m o n i c sa r eb e c o m i n gi n c r e a s i n g l ys e r i o u s a sw ea l lk n o w ，t h em a i nr e a s o n r e s u l t i n g i n v o l t a g eq u a l i t y c o n t a m i n a t i o na n dh a r m o n i c si st h eb a c k w a r d t e c h n o l o g i e so fp o w e rt r a n s m i s s i o n a n dd i s t r i b u t i o n ，a sw e l la st h el a c ko f c o n t r o l l i n ga n dc o m p e n s a t i n gr e a c t i v ep o w e r a n dh a r m o n i c se f f e c t i v e l ya n df l e x i b l y h e n c e ，i ti si m p e r a t i v et op r o m o t et h er e s e a r c hp r o c e s so fe l i m i n a t i n gh a r m o n i c s a n dc o m p e n s a t i n gr e a c t i v ep o w e rt o g e t h e rb ya ni n t e g r a t e de q u i p m e n ti nt h ep o w e r t r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e m b a s e do nap r o je c to fh a r m o n i c ss u p p r e s s i o na n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n i nac o p p e rf o i lf a c t o r yi nj i a n gx ip r o v i n c e ，t h i sd i s s e r t a t i o n s t u d i e san e w i n j e c t i o nt y p eh y b r i da c t i v ep o w e rf i l t e r ( h a p f ) i n c l u d i n gi t st o p o l o g ys t r u c t u r e ， f u n c t i o n a lp r i n c i p l e ，s y s t e m a t i cs t a b i l i t y ，d e t e c t i o na n dc o n t r o lm e t h o d ，s y n t h e s i s c o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g y ，a sw e l la st h eo p t i m u md e s i g nm e a n so fm a i np a r a m e t e r s a n ds o m ei m p o r t a n tr e a l i z i n gt e c h n o l o g i e s ，e t c t h ee m p h a s i sa n da c h i e v e m e n to f t h i sp a p e rm a i n l ym a n i f e s t si nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ot h ed e m a n dp u tf o r w a r db yt h ec o p p e rf o i lf a c t o r y ，w h i c ht h e i n t e g r a t e de q u i p m e n t c o u l dc o m p e n s a t el a r g e c a p a c i t yr e a c t i v ep o w e rju s tw i t h s m a l l c a p a c i t y a c t i v e p o w e rf i l t e r ( a p f ) i nh i g h - v o l t a g e a n dl a r g e - c a p a c i t y e n g i n e e r i n ge n v i r o n m e n t s ，t h i sp a p e rp r o p o s e san e wi n j e c t i o nt y p eh a p f b y a d d i n ga ne q u i v a l e n th a r m o n i ci m p e d a n c ei nt h eb r a n c hc i r c u i to fp o w e rg r i d ，t h i s h a p fc o u l df o r c ea l lt h eh a r m o n i cc u r r e n t sf l o wi n t op a s s i v ep o w e rf i l t e r s ( p p f ) ， w h i c hr e s u l t i n gi ne l i m i n a t i n gh a r m o n i cc o n t a m i n a t i o nm o r ee f f e c t i v e a n du s i n g t h ec a p a c i t i v ef e a t u r eo fp p fi nt h ef u n d a m e n t a lf r e q u e n c y ，t h i sh a p fc o u l d c o m p e n s a t ef i x e d c a p a c i t y r e a c t i v e p o w e r w i t h o u t i n c r e a s i n g a p f sb u r d e n m o r e o v e r ，i no r d e rt od e c r e a s ea p f sc o s t ，t h ef u n d a m e n t a lv o l t a g ew i l ll a r g e l yb e e n d u r e d b yc a p a c i t o r i nv i e wo ft h es e r i e sr e s o n a n c ec i r c u i tt u n e da tt h e f u n d a m e n t a lf r e q u e n c y ，s ot h ea p f j u s tb e a r sl i t t l eh a r m o n i cv o l t a g e s i nt h i sp a p e r ， w ea l s oa n a l y z es o m es t e a d y s t a t ec h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sd a m p i n gt h er e s o n a n c e p r o b a b i l i t yb e t w e e np o w e rg r i da n dp p f s ，e n h a n c i n gt h ef i l t e r i n ge f f e c t so fp p f s a n de n r i c h i n gt h es y s t e mr o b u s t n e s s f o rb e t t e rh a r m o n i cs u p p r e s s i o ne f f e c t s ，t h e a m p l i f i c a t i o np a r a m e t e ro fa p fs h o u l db eb i g g e r ，b u ti ti sr e s t r i c t e db ys y s t e mt i m e v 新型注入式混合仃源滤波： 的理论及j e 心用研究 d e l a y ，t h ei n d u c t a n c eo fp o w e rs y s t e m ，a n dp a r a m e t e r so fp p f s c o m p l y i n gw i t h s a f e ，r e l i a b l ea n de c o n o m i c a lp r i n c i p l e s ，w et a k ed e t e c t i n gg r i dc u r r e n ta sc o n t r o l s t r a t e g yw h i c hr e s u l ti ni n s t a b i l i t yb e c a u s eo ff o r m i n gac l o s e dl o o p b yc a r e f u l a n a l y s i s ，t h i sp a p e r s t u d i e st h e s y s t e ms t a b i l i t yp r o b l e m o nt h eb a s i so f m a t h e m a t i c a lm o d e l o nt h eb a s i so fc o n c l u s i o n sf r o ms t a b i l i t ya n a l y s i s ，t h i sp a p e r p r e s e n t sa no n l i n es e l fa d j u s t m e n tt e c h n i q u et oo b t a i np e r f e c te f f e c t sf o rh a r m o n i c s u p p r e s s i o n su n d e rd i f f e r e n to p e r a t i o nc o n d i t i o n s ( 2 ) i ti sw e l lk n o w nt h a tw h e t h e rt h ea p fc o u l do rn o tg e td e s i r a b l eh a r m o n i c e l i m i n a t i n ge f f e c t s ，i tm a i n l yd e p e n d so nt h ed e t e c t i n gm e t h o d b a s e do nt h e d i s c u s s i o no fs e q u e n c ee x t r a c t o r so fp o s i t i v ea n dn e g a t i v ef u n d a m e n t a lw a v e ，t h i s p a p e rp r o p o s e st w ot y p e so fm e t h o d sf o rd e t e c t i n gc u r r e n tw i t hr e a c t i v ep o w e r ， h a r m o n i c sa n dn e g a t i v es e q u e n c e ，w h i c ha r et h ei m p r o v e ds y n c h r o n o u sr e f e r e n c e f r a m em e t h o da n dt h ed e t e c t i n gm e t h o db a s e do ns e q u e n c ee x t r a c t o ro fp o s i t i v ea n d n e g a t i v ef u n d a m e n t a lw a v e b ys y n c h r o n i z i n gt h eg r i dv o l t a g ev e c t o rw i t hp o s i t i v e s e q u e n c e ，t h ei m p r o v e ds y n c h r o n o u sr e f e r e n c ef r a m em e t h o di sv e r ys i m p l ew i t h o u t t h ep h a s el o c k e dl o o pa n dc a l c u l a t i o n sf o rs i n u s o i d a lf u n c t i o n a n dt h ed e t e c t i n g m e t h o db a s e do ns e q u e n c ee x t r a c t o ro fp o s i t i v ea n dn e g a t i v ef u n d a m e n t a lw a v ec a n f u r t h e ro m i tt h et r a n s f o r m a t i o nf r o mt h e0 【pc o o r d i n a t et ot h ed qc o o r d i n a t e ，a sw e l l a si t si n v e r s et r a n s f o r m a t i o n ( 3 ) a f t e ro b t a i nr e f e r e n c es i g n a l sb yt h ei m p r o v e ds y n c h r o n o u sr e f e r e n c ef r a m e m e t h o d ，t h i sp a p e rs t u d i e st h ec u r r e n tt r a c k i n gc o n t r o la l g o r i t h m b ye s t a b l i s h i n g m a t h e m a t i c a lm o d e lw i t hs w i t c h i n gf u n c t i o n s ，w ep r o p o s ean e ws y n t h e s i sc o n t r o l m e t h o dw h i c hc o m b i n e st h es p e e d yp e r f o r m a n c eo ft r a d i t i o n a ld o u b l eh y s t e r e s i s c o n t r o lm e t h o dw i t ht h ez e r os t e a d y s t a t ee r r o ro fr e c u r s i v e i n t e g r a lc o n t r o l a l g o r i t h m t h em a i nf u n c t i o n a lp r i n c i p l eo fs y n t h e s i sc o n t r o lm e t h o dc o u l db e c o n c l u d e dt o t a k i n go u t e r - l o o pc o n t r o ls t r a t e g yt o d e c r e a s ee r r o rg r e a t l y ，t h e n m a k i n gi n n e r l o o pc o n t r o ls t r a t e g yr e d u c ee r r o ra n de n e r g yl o s s ，a tl a s tr e a l i z i n g z e r os t e a d y - s t a t ee r r o rb yr e c u r s i v ei n t e g r a lc o n t r o la l g o r i t h m ( 4 ) i no r d e r t o e f f e c t i v e l yc o m p e n s a t en o n l i n e a rc h a r a c t e r i s t i c s i nt h e v o l t a g e - s o u r c e - i n v e r t e r ( v s i ) a n dt oe f f i c a c i o u se l i m i n a t es w i t c h i n gr i p p l e sc a u s e d b yt h ev s i a c c o r d i n gt os o m ep r o b l e m sa r i s e ni nt h ee n g i n e e r i n gp r o je c t ，t h i s p a p e rs t u d i e st h ec a u s e ，n e g a t i v ei n f l u e n c eo fd c - s i d ev o l t a g er i p p l ea n do p t i o n a l m e t h o d st oh o l dd c s i d ev o l t a g e ；a n a l y z e ss o m ea d v e r s ee f f e c t so fd e a d - t i m eo n o u t p u tv o l t a g e ，t o g e t h e rw i t he f f e c t i v ed e a d t i m ec o m p e n s a t i o nm e t h o d ；p r o p o s e sa n a p p r o a c ht oe l i m i n a t ea s y m m e t r i cp r o b l e mc a u s e db yv o l t a g ed r o po nt h es w i t c h e s v l 博 ：学位论文 b yj u d g i n gt h ed i r e c t i o n so fo u t p u tc u r r e n t s ；p u tf o r w a r dt os e v e r a lw a y st oi n h i b i t h i g h f r e q u e n c yb u r r s u c ha st h es y n t h e s i sc u r r e n tt r a c k i n gc o n t r o la l g o r i t h m ，a n o n d e a d t i m es v p w ms t r a t e g yb a s e do nr a n d o m i z e dp u l s ep o s i t i o np w m ，a n da o p t i m u md e s i g n e dl cf i l t e r a tl a s t ，w eg i v eas y n t h e s i sc o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g y t os e t t l ep r o b l e m si n c l u d i n gd c - s i d ev o l t a g er i p p l e ，d e a d t i m e ，a sw e l la sv o l t a g e d r o po nt h es w i t c h e sa n dh i g h - f r e q u e n c yb u r r ( 5 ) i nv i e wo ft h el a c ko fr e s e a r c h o nh i g h c a p a c i t ya p f se n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n i nc h i n a ，t h i sp a p e rs t u d i e st h eo p t i m u md e s i g nm e a n so fm a i n p a r a m e t e r s a n ds o m ei m p o r t a n tr e a l i z i n gt e c h n o l o g i e s f i r s t l y ，w ed i s c u s s e st h e g e n e r a ld e s i g np r i n c i p l eo fp p f s ，a sw e l l a ss o m ec o n s i d e r a t i o n so ns a f e t ya n d r e l i a b i l i t yo fi n j e c t i o nb r a n c h ，h e n c em u l t i o b j e c t i v eg e n e t i ca l g o r i t h mh a sb e e n n e e d e dt od e s i g np p f sw i t he x c e l l e n tp e r f o r m a n c e s s e c o n d l y ，o nc o n s i d e r a t i o no f t h ec o u p l i n gt r a n s f o r m e rp e r f o r m i n gar o l ei ne l e c t r i c a li s o l a t i o na n dv o l t a g e sa s w e l la sc u r r e n t sm a t c h i n gb e t w e e na p fa n dp p f s ，s ot h ep a r a m e t e r so fc o u p l i n g t r a n s f o r m e rt ob ed e c i d e da r er a t e dv o l t a g e ，c u r r e n t ，v o l u m ea n dt u r n s a f t e r c h o o s i n gs w i t c h i n gf r e q u e n c y ，t h ed e s i g n o fo u t p u tf i l t e rs h o u l dt a k e a p f s c o m p e n s a t i n gp r o p e r t i e s ，t r a c k i n gr e f e r e n c es i g n a l sa n dt h es a f e t yo fs w i t c h e si n t o c o n s i d e r a t i o n i no r d e rt os a v et i m eo fd e v e l o p i n ga n dd e b u g g i n g ，i n t e l l i g e n tp o w e r m o d u l e ( i p m ) h a sb e e nu s e da sh i g h c a p a c i t yi n v e r t e ri nt h en e wi n je c t i o nt y p e h y b r i da p f t h e n ，s o m ed e s i g na n du s i n gp r o b l e m ss u c ha so p t i c a ls h u t t e r ，p o w e r s u p p l yo fc o n t r o l l e r ，h e a ts i n k ，i n t e r f a c ec i r c u i t sf o rd r i v e ra n dt h es i z es e l e c t i n go f d c s i d ec a p a c i t o rh a v eb e e na n a l y z e di nd e t a i l s y s t e mc o m p o s i t i o no ft h en e w i n j e c t i o nt y p eh y b r i da p fi sa l s oi n t r o d u c e d a tp r e s e n t ，t h en e wi n j e c t i o nt y p e h y b r i da p f ，w h i c he l i m i n a t i n gh a r m o n i c sa n dc o m p e n s a t i n gr e a c t i v ep o w e rt o g e t h e r ， i si nc o m m i s s i o na n do p e r a t i o n t h ed e t e c t i n gr e s u l ts h o w st h a tt h ei n j e c t i o nt y p e h y b r i da p fm e e t sa l l t h er e q u i r e m e n t s ，a n dt h eh a r m o n i cs u p p r e s s i o ne f f e c ti s o b v i o u s i ti sw o r t ht oe x t e n da n du s et h i si n t e g r a t e de q u i p m e n ti n t h ep o w e r t r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e m i naw o r d ，t a k i n gt h en e wi n je c t i o nt y p eh y b r i da p fa se x a m p l e ，t h isp a p e r s t u d i e si t s t o p o l o g y ，s t a b i l i t y ，d e t e c t i n g m e t h o da n dc u r r e n t t r a c k i n g c o n t r o l a l g o r i t h m ，p r o p o s e s as y n t h e s i sc o m p e n s a t i n gt e c h n o l o g yt os e t t l e p r o b l e m s i n c l u d i n gd c s i d ev o l t a g er i p p l e ，d e a d - t i m e ，a sw e l la sv o l t a g ed r o po nt h es w i t c h e s a n dh i g h f r e q u e n c yb u r r ，s u c c e s s f u l l yd e s i g n sa ni n t e g r a t e de q u i p m e n tw i t h e l i m i n a t i n gh a r m o n i c sa n dc o m p e n s a t i n gr e a c t i v ep o w e rt o g e t h e r t h em e t h o df o r t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dr e l a t i v ec o n c l u s i o nc a nb eu s e da sr e f e r e n c ef o ra n o t h e r v i i 新型注入式混合有源滤波器的理论及j 戍用研究 t y p eh a p f s t oa c c e l e r a t er e s e a r c hp r o c e s sf o rc l e a n e re l e c t r i cc i r c u m s t a n c e s k e yw o r d s ：i n j e c t i o nt y p e ；a c t i v ep o w e rf i l t e r ；s t a b i l i t y ；d e t e c t i n gm e t h o d ； c u r r e n tt r a c k i n gc o n t r o la l g o r i t h m ；s y n t h e s i sc o m p e n s a t i n gt e c h n o l o g y ； p a r a m e t e rd e s i g n ；e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n v i i i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 7 匆吻日期：力舻7 月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：汤吻 导师签名： 圆- - - 岬_ 吼五哆7 月声 日期：沙3 年多月j f 彩日 ， 博士学位论文 第1 章绪论 本章从谐波治理研究的背景出发，探讨了谐波治理的意义和主要措施，阐述 了有源滤波技术的发展概况和国内外研究现状，最后介绍了本论文选题的背景及 各章节的主要内容。 1 1 谐波治理研究的背景 电能是现代社会生产和人民生活中主要的和必不可少的重要能源，随着社会 的发展和科技的进步，尤其是电力电子装置的广泛应用，一方面电力系统中的谐 波污染随着非线性负载的数量和容量增加而日趋严重；另一方面供电方及电力系 统设备、用户和用电器对电能质量的要求也日益提高，愈发严重的谐波污染与越 来越高的电能质量要求形成了一对尖锐的矛盾n 。3 1 。据中国电力报道，我国 仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达4 0 0 多亿元，冶金、铁路、矿山等企 业的谐波严重超标，因谐波问题而导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解 列等事故也屡见不鲜，因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技 工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。而有源滤波器由于具有高度可 控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛 的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。 1 2 谐波治理的意义 自从使用交流电作为电能输送的主要方式以来，人们就已知道电力系统中的 谐波问题。但是，近年来随着非线性设备的大量使用，使得这一问题更加突出。 通常作为谐波源，非线性设备可分为以下几类：( 1 ) 传统非线性设备，包括变 压器、旋转电机以及电弧炉等：( 2 ) 现代电力电子非线性设备，包括荧光灯、在 工业界和现代办公设备中广泛使用的电子控制装置和开关电源、晶闸管控制设备 血莹 号子0 在大多数情况下，电网中的谐波成分可能不会对电网和电气设备构成严重的 威胁，但在一定条件下，谐波成分会严重影响电气装置及连接在该装置上的其他 设备的正常运行，甚至会影响到电力系统本身的安全稳定运行。如：广西苹果铝 厂1 9 9 6 年6 月因谐波超标，导致电容器爆炸，损坏高压开关和主变压器，造成 大面积停电；湖南涟钢1 9 9 8 年7 月，因5 次谐波超标而导致豹南山2 2 0 k v 变电 站停电l6 小时；由于电气化铁路产生的负序电流和谐波电流的影响，郑州电网 继电保护误动，致使京广线中断数小时。 目前电力系统谐波已成为影响电能质量的公害，其危害主要表现在以下几个 新型注入式混合仃源滤波器的理论及j e 应用研究 方面“1 ：( 1 ) 电力电容器引起的谐波放大；( 2 ) 增加旋转电机的损耗；( 3 ) 增 加输电线的损耗，缩短输电线寿命；( 4 ) 增加变压器的损耗；( 5 ) 造成继电保护、 自动装置工作紊乱；( 6 ) 引起电力测量的误差；( 7 ) 干扰通讯系统；( 8 ) 延缓电 弧熄灭；( 9 ) 对其它设备的影响。 综上所述，对电能质量已经不能仅用频率和电压这两个指标来评价了，谐波 已成为电能质量另一个重要指标。为了避免谐波的危害，不少国家和国际组织制 订了限制用电设备谐波的标准h 巧3 ，如被广泛接