【《谐波抑制的研究现状文献综述》2800字】

谐波抑制的研究现状文献综述上世纪中后期，B.M.Bird等将通过三次谐波向交流电网注入以优化电网电波的方法记载于其著作之中，其后学界与实务界将该方法作为有源电力滤波器思想的基础。H.Sasaki、T.Machida（1971）将有源电子滤波器界定为来源于电力电子装置的与谐波电流大小一致方向不同的补偿电流，用以对谐波分量进行对冲，然而受彼时电力电子器件发展相对滞后的影响，加之检测技术落后，其应用范畴极其有限。瞬时无功功率理论的发生最早可追溯到上世纪80年代，其提出者为赤木泰文，为无功与谐波的瞬时检测提供了技术支持，切实为有源电力滤波技术的成长作出了突出贡献。随着以GTR为首的一系列新型功率器件的诞生，加之包括微机控制技术在内的各相关技术的共同发展，为有源电力滤波器的可持续发展注入了不竭动力，其也频繁出现在工业领域内。通过长期不断的努力，有源滤波技术持续发展且其产业化势头迅猛。在欧美等发达国家其代表性企业主要包括施耐德、通用电气等。伴随APF应用率的持续提升，各生产部门的容量随之扩张，其应用领域不再局限于补偿电网谐波，转而实现了向整个电网供电质量优化方向的转变，成为推动节能减排的重要手段，更在电气设备运行效率提升方面发挥重要作用。较欧美等西方发达国家而言，有源电力滤波器在国内尚属新兴产物，其前期主要停留在实验与理论研究层面，往往分布在各大研究机构及高校之内。自本世纪开始，国内电能质量行业企业如雨后春笋般不断涌现，当前亦取得了显著成就，有源滤波器逐步在国内市场中呈现显著的产业化趋势，然而相比以欧美为代表的工业发达国家而言，国内电力系统中有源滤波器的应用率依然相对较低。从变换器类型入手，与电网连接方式相结合，可进一步划分有源电力滤波器的种类。与此同时国内外诸多研究学者也就以谐波电流检测算法为代表的重点研究课题进行了创新研究。谐波电流的消极影响集中体现在下列两个方面：一方面对电网产生的消极影响；另一方面对设备造成的消极影响。首先从电网的角度来讲，电网功率因数受谐波影响会显著下滑，同时供电系统内的无功储备消耗量也随之增长。这会导致电网中无功储备损耗量的增加，同时额外消耗功率及附加谐波损耗也相应增长，进而使得电机负担加重。其次，就设备而言，设备具体运转过程中受谐波影响，设备温度会超出正常水平，进而弱化设备的绝缘能力，导致绝缘老化，长此以往势必会对设备造成严重损害。上述种种均会对电气设备运行的稳定性与可靠性造成严重冲击，若谐波超出一定范围，还会影响精密仪器的正常运行，进而导致误判、误动作的问题广泛发生。谐波治理方式多种多样，本文仅对应用最广泛的几种方式加以阐述：其一被动补偿，该方式更侧重于在传播过程中进行谐波阻断，需依托滤波装置达到谐波补偿的目的，该治理方式的应用率较高且效果理想；其二采用一系列控制方法与手段对谐波产生的电气设备加以处置，从根源上进行谐波问题的控制，以期将谐波含量控制到最低水平。上述两种谐波治理方式中，由于滤波设备存在一定差异，但是目的都是使电网内谐波量不断减少。上述两种方式，以前一种方式最为传统，同时其应用率也相对较高。从被动补偿的角度来讲，使用最为广泛的滤波器共有三种，即无源滤波器、有源滤波器APF及混合型有源滤波器。其中无源滤波器由电阻、电容与电感三部分共同构成，三者共同形成的低阻抗可将其谐振性发挥到最高以达到谐波抑制的目的。此方法的优势集中表现为低成本、结构简单、运维便捷性强，被广泛应用于多领域内。然而该方法也具有一定的缺陷，其可消除的谐波具备一定特定性，仅支持3次谐波、5次谐波与7次谐波的补偿，且元件参数与电路滤波效果间存在密切关联。就稳定性较差的设备而言，会弱化其滤波能力，严重者将导致串联谐振问题的发生，进而导致电网供电质量下降。与此同时，无源滤波不具备动态补偿的功能，同时响应周期过长。有源电力滤波器的谐波抑制更具优势，与谐波抑制要求相统一，进而将谐波含量维持在合理范围内。相比之下，有源滤波器有着传统无源电力滤波器所不及的优势，其原因在于：从原理上讲，有源电力滤波器是对谐波指令信号加以提取，而后依托IGBT的控制达到信号触发，然后PWM整流器产生补偿电流，补偿电流大小一致、方向相反。在有源电力滤波器的支持下，电网电流经补偿后与正弦波无限趋近。有源电力滤波器的优势并不仅局限于此，其在实施跟踪补偿方面同样具备显著的竞争优势，这是由于从其补偿性能来看，参数的作用并不显著。换言之，有源滤波器的参数对其性能的影响并不显著。然而有源电力滤波器并不完美，其同样存在一定缺陷，如其成本较高，在经济性方面不具优势。与此同时，从某种层面上讲硬件水平将直接决定有源电力滤波器的发展程度，若电压等级过高，其使用局限性同样较大，即其仅在电压等级与容量双低的情况下才能真正发挥其作用。基于前文关于其优势的阐述，有源电力滤波器依然存在诸多亟待改善的问题。基于电网接入方式的差异，可将APF进一步划分为三种：串联型、并联性与串并联混合型，详细参见图1-2：图1-2有源电力滤波器的分类就目前的现状来看，解决谐波污染的方法有三种，分别如下[1]：（1）对电力电子装置进行优化，从根源上降低谐波的生成量，使装置具备更强的抗干扰性，避免产生大量的谐波并释放到电网中。（2）主动型谐波抑制方法，对谐波源的结构予以优化，或者是采用有效的控制策略，减少电网中的谐波成分，现有的控制方法包括了PWM整流技术、PFC技术等。这种方法在解决谐波污染方面具有良好的成效，但却会导致电路变得更加复杂，成本高昂，效率较低，再加上它只能够解决电力电子装置导致的谐波问题，因此难以在现实中广泛的应用开来。（3）布置滤波器，形成和谐波相反的电流，起到抵消的作用。显然，该方法具有被动性的特征，比如利用有源滤波器APF，它是和无源滤波器（LC）对应的概念，除此之外滤波器还包括了混合型HAPF[2]。在现实中，上述第一种方法，因受到技术的限制，操作起来比较复杂，应用较少；第二种方法成本高，效率低，并且只能够治理特定的谐波成分，因此其应用十分少见；第三种方法，容易实现，滤波效果好且效率高，大部分情况下人们都会采用该方法。在谐波过滤方面应用历史最为悠久的是无源滤波器PPF，它的构造中包括了电阻器、电容器、电抗器等，PPF的结构容易理解，使用比较简单，其成本低。当然，它并不是完美的，它的不足主要表现为：有可能和系统出现并联谐振现象，由此释放出更多的谐波，且其需要消耗大量的有色金属，参数难以保持稳定，设备本身尺寸较大，占用较大的空间，最致命的缺陷是仅能够解决固定次数的谐波问题，因此适用范围并不太广泛[3]。和无源滤波器LC对比，有源滤波器APF在很多方面表现出明显的优势：尺寸小；能够为不稳定的电流提供谐波补偿，并且还具备了无功功率补偿的功能；能够形成和谐