电力系统的谐波毕业论文.doc

精品文档成人教育毕业设计(论文)论文题目：电力系统谐波的治理年级.专业.层次： 电气工程自动化 学生姓名： 王国豪 学号 13201268 函授站： 郑州电力高等专科学校 指导教师姓名： 李春林 2015年08 月IIII欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载。华北电力大学成人高等教育毕业设计(论文)任务书学生姓名：王国豪 年级专业层次：电气工程自动化学 号： 13201268 函 授 站：郑州电专一、毕业设计(论文)题目：电力系统谐波及治理二、毕业设计(论文)工作起止时间： 2015年6月15日至2015年9月1日三、毕业设计(论文)的内容要求：电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。本毕业设计的主要目的是让学生了解谐波的基本概念、危害、治理方法，能够根据实际情况确定合理的谐波治理方案。四、分阶段完成时间：收集资料（1周）阅读资料（1周）计算（3周）分析、对比确定方案（4周）论文写作（2周）五、原始数据和参考资料：1、GB/T14549-1993电能质量 公用电网谐波2、吴竞昌等编著.电力系统谐波.北京：水利电力出版社，1摘 要经济的飞速发展带来供电紧张，为解决我国供电紧张的形势，一方面要建设许多新的电厂和输电线路，来满足用户用电的需求，另一方面要从多方面提高对电能的输配和利用效率，减少电力系统电能的损耗。谐波是导致电力损耗增加，供电质量下降的重要因素之一。因此谐波的治理刻不容缓。本文分析谐波基本性质和测量方法，对配网中谐波的来源和危害进行了详细说明，总结和提出了治理谐波的若干方法。本文首先针对电网谐波的问题，叙述了电网的谐波产生的主要原因，并分别介绍了电网谐波对整个电力系统的危害，包括对电气设备，输配电设备，以及电能计量设备的具体危害。其次介绍了几种对电网谐波的治理方法，其中，有源电力滤波器是抑制电网谐波的有效手段之一，这种滤波器能对频率和幅度都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到了广泛重视。最后，对有源电力滤波器的基本原理、分类和基本组成进行了阐述。关键词：有源电力滤波器，谐波的治理，谐波的危害精品文档Abstract The rapid development of economy brings the power supply tension, to solve the power supply tense situation in our country, on the one hand, to build lots of new power plants and transmission lines, electricity demand, on the other hand to efficient use of existing power resources, reduce the power loss. Harmonic is caused power loss increase, the important factor to the decline in quality of power supply. So the harmonic governance is urgently needed. In this paper, basic properties and measuring method, harmonic source and harm of harmonics in the distribution network in detail, summarizes and puts forward several methods to control harmonic. Is described in this paper aimed at the problem of harmonic, harmonic produced by the main reason, and introduced the harm of the electrical system of the harmonic wave in the power grid. Secondly, this paper introduces several kinds of harmonic of power grids management method, among them, the active power filter is one of the effective means to suppress the harmonic power grid, the filter can to change the frequency and amplitude are tracking harmonic compensation, and compensation characteristics are not affected by the influence of the power grid impedance, thus received widespread attention. Finally, the basic principle of active power filter, classification and basic composition were expounded.Keywords: active power filter , harmonic, harmonic harm精品文档目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1谐波的发展及现状11.2电力系统谐波的产生原因2第二章 电网谐波的危害4第三章 谐波的抑制方法103.1降低谐波源的谐波含量103.2在谐波源处吸收谐波电流10第四章 谐波及有源电力滤波器的基本概念及原理124.1电力系统谐波的基本概念及含义124.2有源电力滤波器技术的提出144.3有源电力滤波器的组成、原理和发展趋势154.4有源电力滤波器的谐波电流检测技术及其发展17参考文献19致 谢211818欢迎下载18欢迎下载。精品文档第一章 绪论 1.1谐波的发展及现状 “谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍在广泛采用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的关注。当时在德国，由于使用静态汞弧而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期关于谐波研究的经典论文。到了50年代和60年代E.W.Kimbark在其著作中对此进行了总结。70年代以来由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭的应有日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题给予充分关注，定期召开有关谐波问题的学术讨论会。国际电工委员会（IEC）和国际大电网会议都相继组成了专门的工作组，制定包括供电系统、各项电力设备和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路以及各种电力电子设备的应用不断增加。这些非线性、冲击性和不平衡性的用电特性，对供电质量造成严重的污染。另一方面，现代工业、商业以及居民用户的用电设备对电能质量的要求更加敏感，对供电质量提出了更高的要求。随着信息产业、高新技术产业的飞速发展以及传统行业采用计算机管理及先进控制技术的应用，现代数字信息对供电可靠性及个性化电能质量需求有了更高的要求。这意味着信息社会不仅依赖于电力供应，而且更需要新的特殊的电力供应。美国电力研究院(EPRI)的Narain G.Hingorani博士于1988年首先提出了“Custom Power”的新概念及其质量分成三个等级。这实质上就是计算机技术、现代控制理论和电力电子技术应用于配电系统，构成能够提供优质电力和其他不同质量的电力的配电系统以适应不同电力用户的不同要求。这是新一代柔性配电系统的发展方向。柔性配电新技术将为在电力市场条件下的电力用户提供纯净、稳定、可靠的绿色电源；同时，也提高了电能的传输效率，给供电部门带来了可观的经济效益。仅依靠过去的无源滤波技术治理谐波已不能满足要求，研究和开发适应这一要求的新技术已成为近年来电力系统领域中的热点。用户电力（Custom Power）新技术主要利用GTO、IGBT等大功率电力电子器件组成的控制设备向用户提供增值的、高可靠的、高质量的电能，提高系统的供电可靠性（减少断电次数），保证功率流质量。1.2电力系统谐波的产生原因电网谐波来自于3个方面：1.发电源质量不高产生谐波：发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。2.是输配电系统产生谐波：输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。3.是用电设备产生的谐波：晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的 30%;接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流;如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是27次的谐波，平均可达基波的8%20%，最大可达45%。气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏·安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏·安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。第二章 电网谐波的危害谐波是电网的公害，它的危害主要体现在以下几个方面:1）谐波会使公用电网中的元件产成附加谐波损耗, 降低了发电、输电及用电设备的使用效率。2）谐波影响电气设备的正常工作。谐波会增加电机的附加损耗, 产生机械震动和过电压 , 谐波会使变压器局部严重过热, 绝缘老化, 寿命缩短以至损坏。3）谐波会引起电网局部的并联谐振和串联谐振, 引起电网严重事故。4）谐波会导致继电保护和自动装置误动作,使电气测量仪表不准确。 5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者引起噪声、降低通信质量。(一)对电力电容器的影响当配电系统非线性用电负荷比重较大，并联电容器组投入时，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的谐波电流大，使电容器过负荷而严重影响其使用寿命，另一方面当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流严重放大使电容器过热而导致损坏。因此，电压谐波和电流谐波超标，都会使电容器的工作电流增大和出现异常，例如，对于常用自愈式并联电容器，其允许过电流倍数是1.3 倍额定电流，当电容器的电流超过这一限制时，将会造成电容器的损坏增加、发热异常、绝缘加速老化而导致使用寿命降低，甚至造成损坏事故。同时，谐波使工频正弦波形发生畸变，产生锯齿状尖顶波，易在绝缘介质中引发局部放电，长时间的局部放电也会加速绝缘介质的老化、自愈性能下降，而容易导致电容器损坏。按照电力系统谐波管理规定，电网中任何一点电压正弦波的畸变率(各次谐波电压有效值的均方根与基波电压有效值的百分比)，均不得超过规定。(二)对电力变压器的影响1.谐波电流使变压器的铜耗增加，引起局部过热，振动，噪声增大，绕组附加发热等。2.谐波电压引起的附加损耗使变压器的磁滞及涡流损耗增加，当系统运行电压偏高或三相不对称时，励磁电流中的谐波分量增加，绝缘材料承受的电气应力增大，影响绝缘的局部放电和介质增大。对三角形连接的绕组，零序性谐波在绕组内形成换流，使绕组温度升高。3.变压器励磁电流中含谐波电流，引起合闸涌流中谐波电流过大，这种谐波电流在发生谐振时的条件下对变压器的安全运行将造成威胁。(三)对电力避雷器的影响变电站大容量、高电压的变压器由于合闸涌流的过程时间比较长，能够延续数秒或更长的时间，有时还会引起谐振过电压，并使相关避雷器的放电时间过长而受到损坏。这一问题对选择保护高压滤波器中电感或电容元件用的避雷器参数带来较大的困难。(四)对输电线路的影响1.谐波污染增加了输电线路的损耗。输电线路中的谐波电流加上集肤效应的影响，将产生附加损耗，使得输电线路损耗增加。特别是在电力系统三相不对称运行时，对中性点直接接地的供电系统线损的增加尤为显著。2.谐波污染增大了中性线电流，引起中性点漂移。在低压配电网络中，零序电流和零序性的谐波电流(3次，6次、9次)不仅会引起中性线电流大大增加，造成过负荷发热，使损耗增加，而且产生压降，引起零电位漂移，降低了供电的电能质量。(五)对电力电缆的影响谐波污染将会使电缆的介质损耗、输电损耗增大，泄漏电流上升，温升增大及干式电缆的局部放电增加，引发单相接地故障的可能性增加。由于电力电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，在系统负荷低谷时，系统电压上升，谐波电压也相应升高。电缆的额定电压等级越高，谐波引起电缆介质不稳定的危险性越大，更容易发生故障。(六)对继电保护及自动装置的影响1.对继电保护及自动装置运行环境的影响(1)在谐波严重超标的电弧炉负荷、电气化铁路等谐波含量大的局部电网中会受到影响。(2)频繁出现变压器严重涌流且涌流衰减缓慢的变电站受到涌流产生谐波的干扰。(3)在系统因短路容量太小而可能出现较大谐波电压影响的场所会受到影响。(4)在易发生谐波谐振的配电系统、输电系统、变电站网架近会受到影响。(5)在谐波受到电容器组或其他原因而被放大严重的网络附近会受到影响。2.继电保护及自动装置利用的启动量小利用负序电流或电压、零序电流或电压、差动电流或电压启动会受到谐波的影响。其中利用负序量启动的对谐波的敏感性最大。3.继电器或启动元件本身对谐波敏感(1)晶体管或集成电路保护装置的动作量非常小和动作时间非常少，因此它的启动判据容易受到谐波影响而出现较大的误差。(2)利用信号过零取样的控制系统及利用数据过零点的数字式继电器或微机保护，都会受到谐波的影响和干扰。(七)对继电保护整定的影响继电保护正常运行中，当电源谐波分量较高时，可能会引起过电压保护、过电流保护的误动作。当三相严重不对称时，在正序性谐波或负序性谐波含量较高的情况下，可能对以负序滤过器为启动元件的保护装置产生干扰，而引起误动。如某地电气化铁路通车后，曾发生过由于牵引变电所注入系统大量的谐波和负序电流，引起供电系统电能质量指标严重恶化，多次造成发电机的负序电流保护误动，主变压器的过电流保护装置误动，线路的距离保护振荡闭锁装置误动，高频保护收发讯机误动，母线差动保护误动和故障录波器误动的事故。近年来，微机保护装置的大规模使用，使信号中的谐波干扰既可能引起测量误差，又可能对装置关键处理模块的正常工作产生干扰，从而引起保护装置的误动或拒动。如上海宝钢就发生过因电弧炉产生谐波的影响，造成谐波电流对数字型差动保护产生干扰，使差动保护动作跳闸的事故。(八)对电力系统其他运行设备的影响1.对同步发电机的影响。用户的负序电流和谐波电流注入系统内的同步发电机，将产生附加损耗，引起发电机局部发热，降低绝缘强度。同时，由于输出的电压波形中产生附加谐波分量，使负载的同步发电机转子发生扭振，降低其工作寿命。2.对断路器的影响。谐波会使某些断路器的磁吹线圈不能正常工作，断路器的遮断能力降低，不能遮断波形畸变率超过一定限值的故障电流，对中压断路器截断电感电流时可能发生谐频涌波电压和重燃现象，导致断路器触头烧损。3.对消弧线圈的影响。当电网谐波成分较大时，发生单相接地故障，消弧线圈对谐波电流将可能不起作用，在接地点得不到的补偿，从而引发系统的故障扩大。4.对载波通信的影响。高谐波含量对电力载波通信的干扰主要表现在语音通信过程中产生噪声，数据传输失真，降低EMS、DAS实时数据的真实可靠性，造成集中抄表系统中数据出错等故障。(九)对电力用户的影响用电设备对系统电源的污染会影响用电设备自身的可靠性。使用电能质量污染的电源，用电设备又可能成为新的污染源，而危害电力系统和其他用户设备。可能产生的影响包括：对用户电动机产生影响;对用户补偿电容器产生影响;对用户自动控制装置产生影响;对居民生活用电产生影响;对用电安全造成威胁。另外，还包括对电信通信造成影响，对广播、电视及精密制造工业造成干扰和影响，这类干扰和影响有些表现在差模干扰和共模干扰，差模干扰是工频及长线传输分布电容的相互干扰，共模干扰是引起回路对地电位发生变化的干扰，是造成微机控制单元工作不正常的主要原因。(十)对用户电动机的运行影响谐波电流通过交流电动机，使谐波附加损耗明显增加，引起电动机过热，机械振动和噪声增大。当三相电压不对称时，定子绕组上产生负序电流，并励磁产生负序旋转磁场，该制动磁场降低了电机的最大转矩和过载能力，增加铜损，并且负序过电流可以将电机定子绕组烧毁。负序性的谐波分量(5次、11次等)对电机的影响与负序电压的效果一样。当产生电压波动的主要低频分量与电机机械振动的固有频率一致时，诱发谐振，会使电动机造成损坏。(十一)对用户补偿电容器的影响电网无功配置容量中电容器所占比例最大，其中用户电容器约占全部电容器的2/3。这部分电容器的设计大多只考虑无功补偿量，不考虑装设点电能质量的实际污染情况，因此，运行点电能质量指标低时，常造成一些事故，如补偿装置投不上、电容器使用寿命降低、电容器保护熔丝熔断，甚至发生串并联谐振，引发电容器的谐波过电压与过电流，导致电容器爆炸等。另外，用户电容器的管理目前仍按平均功率因数进行考核，电容器很少按电网实际运行情况投切，甚至只投不切，无形中使电网电压失去了应有的调节裕度，使电压偏差等电能质量指标难以控制。(十二)对用户自动控制装置的影响随着数字控制技术的大规模使用，很多精密负载对受电电能质量指标提出了更高的要求。电能质量污染对这类设备的危害主要有三个方面，即在设备的检测模块中引入畸变量、干扰正常的分析计算、导致错误的输出结果。另外还会对设备的硬件，如精密电机、开关电源等造成不可逆转的损坏。干扰负载的保护回路，造成误动作等。第三章 谐波的抑制方法谐波问题是关系到供电系统的供电质量的一个重要问题，在供电系统中对谐波的抑制即为如何减少或消除注入系统的谐波电流，以便把谐波电压控制在限定值之内，抑制谐波电流主要有以下三方面的措施。3.1降低谐波源的谐波含量在谐波源上采取治理措施，从源头上最大限度地避免谐波的产生。这就需要在设计、制造和使用谐波源设备时，要注意谐波对供电系统及其供用电设备的影响，采取切实可行的治理措施。用电业务管理部门要严格把关，对于没有采取治理措施的谐波源用户，要禁止其入网运行。3.2在谐波源处吸收谐波电流这种方法是对已有谐波进行有效抑制的方法，也是目前电力系统使用最为广泛地抑制谐波的方法。其主要方法有以下几种：1.无源滤波器无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L、C、R元件构成谐振回路，当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可阻止该次谐波流入电网。这种方法由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。2.有源滤波器有源滤波器即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。3.防止并联电容器组对谐波的放大在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。4.加装静止无功补偿装置快速变化的谐波源，如电弧炉、电力机车和卷扬机等，除了产生谐波外，往往还会引起供电电压的波动和闪变，有的还会造成系统电压三相不平衡，严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置，可有效减小波动的谐波量，同时，可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数。第四章 谐波及有源电力滤波器的基本概念及原理4.1电力系统谐波的基本概念及含义4.1.1 谐波的定义在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流呈正弦波形。正弦电压可表示为 u(t)=Usin() (2-1)式中 U电压有效值; 初相角; 角频率, ; f频率: T周期。正弦电压施加在电阻、电感和电容这些线性无源元件上，其电流和电压分别为比例、积分和微分关系，仍为同频率的正弦波。但当正弦电压施加在非线性电路上时，电流就变为非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。当然，非正弦电压施加在线性电路上时电流也是非正弦波。对于周期为T=的非正弦电压u()，一般满足狄里赫利条件，可分解为如下形式的傅立叶级数 u()= a0+ （2-2）式中 ; ; b=;或u()= a0+ （2-3）式中 c, , 和 a, b的关系为 c= ； =arctg(); a= csin; b= ccos；在式(2-2)或式(2-3)的傅立叶级数中，频率为1/T的分量称为基波，频率为大于1/T的整数倍基波频率的分量称为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。所以，谐波次数必须为整数。如:我国电力系统的额定频率为50Hz，则其基波为50Hz, 2次谐波为100Hz,以此类推。即谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比, 也可以分为奇次谐波和偶次谐波。4.1.2 谐波分析中的常用概念n次谐波电压含有率以HRU (Harmonic Ratio U)表示。 HRU= （2-4）式中 U第n次谐波电压有效值； U基波电压有效值；n次谐波电流含有率以HRI表示 。 HRI= （2-5）式中 I第n次谐波电流有效值； I基波电流有效值；谐波电压含量U和谐波电流含量I分别定义为: （2-6） （2-7）电压谐波总畸变率TND(Total Harmonic Distortion)和电流谐波总畸变率THD分别定义为: THD= (2-8) THD= （2-9）以上介绍了谐波以及与谐波有关的基本概念。可以看出，谐波是一个周期电气量中频率为大于1整数倍基波频率的正弦波分量。4.2有源电力滤波器技术的提出 减少感性负载和非线性负载对市电电源的污染有两个办法：一是主动型，即对负载本身进行改造；二是被动型，即在电力系统中加装无功与谐波电流补偿装置，如无功功率补偿器和滤波器。被动型谐波抑制中安装的电力滤波器又分为无源滤波器和有源滤波器。4.2.1无源电力滤波器无源滤波方案是目前采用较多的谐波抑制手段。无源电力滤波器 (Passive Power Filter，简称PPF)由一组针对特定频率的LC单调谐滤波器组成，既可以补偿谐波，又可以补偿无功功率。它具有成本低、结构简单、技术成熟等优点。无源滤波方案的优点是简单、方便、可靠，但它存在如下缺点：(1) 滤波器的设计大多针对特定频率的谐波，只能滤除特定次谐波；(2 )电网阻抗与LC可能产生并联谐振使该次谐波分量放大，降低电网质量；(3) 电网阻抗与LC可能产生串联谐振；(4)体积大、损耗大。4.2.2有源电力滤波器为了解决无源滤波器的局限性，人们做了许多研究和探索其中有代表意义的是有源电力滤波器技术的提出。20世纪80年代后期有源电力滤波器（APF）在日美等发达国家成功研制并投入使用。1991年，H.Fujita等人提出了一种APF与PF串联后再并入交流系统的HAPF。随着现代控制理论和微处理器等方面的发展，PWM变流器技术和DSP技术在电力有源滤波器中广泛应有，使电力电子装置趋于数字化。经过几十年的发展，有源电力滤波器技术已取得了很大的进步。与无源电力滤波器相比，有源电力滤波器具有以下优点。 (1)对功率器件工作频率以内的各次谐波都有较好的滤波效果； (2)当系统阻抗和频率变化时，滤波特性不受影响； (3)不会发生串/并联谐振现象，且能有效抑制系统与无源滤波器间的谐振； (4)不存在过载现象，当负载谐波电流较大时，仍能继续运行。4.3有源电力滤波器的组成、原理和发展趋势4.3.1有源电力滤波器的基本结构和工作原理有源电力滤波器 (APF)根据与补偿对象连接的方式的不同，可分为并联型和串联型两种，实际应用中多为并联型。下面以并联型有源滤波器为例。图1-1所示为最基本的有源电力滤波器的原理框图。有源电力滤波器系统由两部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中，指令电流运算电路的核心是检测出被补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量；补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。负载主电路指令电流运算电路驱动电路电流跟踪控制电路电源sisiLicHPFRLic*图2-1 系统构成原理图APF作为主电路的PWM变流器，在产生补偿电流时，主要作为逆变器工作。在电网向有源电力滤波器直流侧充电时，它作为整流器工作。也就是说，它既可以工作在逆变器状态，又可以工作在整流器状态，而这两种状态无法严格区分。 图2-1所示为有源滤波器的基本工作原理：检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算单元计算得出补偿电流的指令电流信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。 如果要求有源电力滤波器在补偿谐波的同时，也补偿无功功率，则需要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流的基波无功分量反极性的成分即可。这样，补偿电流与负载电流中的谐波及无功成分相互抵消。4.3.2有源电力滤波器的分类有源电力滤波器按照所使用的变流器类型可分为：电流型有源滤波器 (CSI)和电压型有源滤波器 (VSI )；按照与负载连接的拓扑结构可分为：并联型、串联型和串、并联混合使用型；按照使用场合的电源相数可分为：单相、三相三线和三相四线用有源电力滤波器等。 图2-2 有源电力滤波器的系统构成分类下面根据APF与负载连接的拓扑结构的分类方式对有源电力滤波器的基本原理作简单的介绍。并联型APF主要用于感性电流源型负载的谐波补偿，目前技术上已相当成熟，投入运行的APF多为此方案。而对于串联型APF来说，通过变压器串联在电源与负载间，可等效为一受控电压源，主要用于消除带电容的二极管整流电路等电压谐波源负载对系统的影响。此外，还有串-并联型APF，其兼有串、并联型APF的功能，具有较高性价比。值得关注的是并联型APF与LC并联结构，这是有源电力滤波器中最基本的形式，也是目前应用最多的一种。4.3.3有源电力滤波器的发展趋势作为改善和提高电能质量的主要措施之一，有源电力滤波器技术近年来取得了大的发展。具体表现在电能质量问题得到了政府和相关部门的高度重视；功率开器件的性价比也在逐步提升；随着新一代DSP的出现，控制系统的成本只占很小一部分等等。关于有源电力滤波器技术的研究目前主要集中在以下几个方面：(1)谐波处理理论的进一步研究；(2)进一步降低补偿装置相对于负载 (谐波源)装置的容量；(3)控制系统的进一步简化；(4)补偿装置的多功能化。我国在有源电力滤波器的研究方面起步较晚，进入90年代，国内的多所高校和研究机构才加入到了有源滤波器的研究中来，当时的工作主要以理论研究和实验为主。但在对国外研究成果进行消化吸收的基础上，我国的有源滤波器的理论研究己经达到或者接近国际先进水平。但总的来说，由于受各种条件限制，我国有源电力滤波器的实际应用水平不高，范围不大。所以目前的主要发展方向是加快有源电力滤波器的产品化。4.4有源电力滤波器的谐波电流检测技术及其发展有源电力滤波器技术包含着三个关键技术，即功率器件制造技术、谐波电流检测技术和电流控制技术。三大技术的发展决定着APF技术的发展。下面我们就来看一下最基本的集中检测的方法。 (1)用模拟带通滤波器检测的方法。该方法使用模拟滤波器来实现谐波电流检测。该检测法的优点是电路结构简单，造价低，输出阻抗低，品质因素易于控制由于滤波器中心频率固定，当电网频率波动时，滤波效果会大大下降。这种方法多用于补偿效果要求不高的场合，它不能适应现代电力系统的需要。(2)基于Fryze功率定义的检测方法其原理是将负载电流分解为与电压波形一致的分量，将其余分量作为广义无功电流 (包括谐波电流)。它的缺点是：因为 Fryze功率定义是建立在平均功率基础上的，所以要求得瞬时有功电流需要进行一个周期的积分，再加其它