无源电力滤波机优化构设与软件开发

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1、无源电力滤波机优化构设与软件开发第1章绪论1.1课题研究背景及意义近些年来，由于自动化技术的飞速发展使得制造业、化工生产、冶金、能源和交通等行业大量使用了电力电子器件和整流与换流技术，例如：我国在葛上线的投入运行的500kv高压直流输电工程，运行的同时它也会产生了大量的谐波，并且还将谐波带入电网中。电力系统中存在的谐波问题会对电网的安全运行与用电设备的正常使用造成影响[2]，所以人们必须认真研究谐波问题并且采取相应的措施加以限制。世界各国都对电网中的谐波问题十分重视，并且多次召开了相关的国际性学术讨论会，还有许多国家已经制定出了关于电力系统谐波与用电设备谐波的国家标准或者电力部门的规

2、定。IEC和CIGRE都相继组成专门的工作组，开展这方面的工作，并且对电网、用电设备分别制定各自的谐波标准。英国电气委员会总工程师会议在1979年9月制定了供电网络谐波的有关规定(工程技术导则G5/3)，成为各国际组织和世界各国研究和制定谐波标准进行谐波管理的典范。由于谐波问题的出现，使得原有一些电工原理的概念需要重新确定其含义，例如：无功功率和功率因数等。为了引起人们对电力系统谐波问题以及相关管理工作的重视，开展我国电力系统谐波问题的研究工作，在1984年原水利电力部在国家经济委员会制定的供用电准则的基础上，制定了《电力系统谐波管理暂行规定》(SD126-1984)；国家技术监督局

3、在1993年7月31号发布了关于谐波电压与电流的国家标准：《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-1993)，并且在1994年3月1日起实施。1.2国内外研究现状从二十世纪二三十年代，人们注意到谐波问题开始，到二十世纪中叶，人们发表了大量关于变流器引起电力系统谐波问题的论文，再到七十年代电力电子技术的飞速发展。在能源、工业、交通等领域[6,7]，各式各样的电力电子器件被广泛应用，产生便利的同时他也造成了一些危害并且越来越严重。世界各国对谐波问题也越来越重视。国际上召开了很多次关于谐波问题的学术会议。由于结构简单，成本低廉[4]，所以无源滤波器得到广泛应用。有源滤波器的基本思想在

4、二十世纪中叶就已经形成了。八十年以来，由于大中功率半导体器件控制技术的成熟，P控制技术的发展，以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流的瞬时检测方法的提出，使得有源滤波器得到了迅速的发展[8]，但是由于受到成本的限制不能广泛应用。八十年后期混合滤波器迅速发展，1987年M.Takeda等人提出一种并联APF和并联PF相结合的混合型电力滤波器。1990年，H.Fujit等人提出将APF与PF相串联后与电网并联的混合型方案。随着P变流器技术的成熟与DSP技术的发展，九十年代初期，直流有源滤波器被应用到高电压直流输电中。二十世纪末，随着使用了IGBT+SP逆变技术的有源滤波器研制成功，外加大功率

5、器件的成本下降，使得有源滤波器得到了迅速发展。我国对谐波问题的研究起步较晚。在上个世纪八十年代，高级工程师吴竞昌等人出版了《电力系统谐波》[8]，并引起了重大的反响。我国对有源滤波器的研制开始于二十世纪八十年代中期，到了1989年华北电力科学研究所研制出我国首台有源滤波器。之后清华大学等其它高校也陆续研制成功。在九十年代国内比较有影响力的著作有：夏道止教授出版的《高压直流输电系统的谐波分析及谐波》,容健纲等人翻译的J.Arrilaga等的《电力系统谐波》一书[9-11]。近些年来，西安交通大学王兆安教授、清华大学韩英铎教授、上海交通大学程浩忠华教授、四川大学杨洪耕教授、华北电力大学肖

6、湘宁教授等对谐波、无功补偿以及其它一些关于电能质量方面发表了大量文章与著作。第2章无源滤波器的基本原理当电网系统受到大量谐波源的污染后，电流的波形会产生畸变，进而使电能质量下降，对用电设备和电网系统的安全以及经济的运行造成很大的威胁。单调谐滤波器不仅能够滤除电网的谐波而且还能够对基波的无功功率进行补偿，所以是目前主要的谐波治理方法。单调谐滤波器是最简单且应用最广泛的滤波器。单调谐滤波器是由电力电容器、电抗器、电阻串联而成的，被调谐于较低次数的谐波频率处。在调谐的谐波频率处，电力电容器与电抗器具有相同的阻抗，其值正好正负相互抵消，这时单调谐滤波器支路的阻抗是纯电阻性。谐波频率大于谐振频

7、率时，滤波器阻抗呈感性，而小于谐振频率时阻抗呈容性，结果就使得低于或高于调谐频率时滤波器支路呈高阻抗性，这样就只滤除某一特定调谐范围的谐波分量。单调谐滤波器具有较高的品质因数Q，其值一般是大于30并且小于60。2.2高通滤波器高通滤波器是一种阻尼减幅型滤波器，可以是一阶、二阶、三阶的高通滤波器还可以是C型高通滤波器。但是因为一阶高通滤波器中电力电容器取值相对比较大，使它对基波功率损耗也大[29]，因此这种滤波器一般不会被采用；三阶高通滤波器比二阶高通滤波器