多电平有源电力滤波器拓扑组织及管控方式研究

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1、多电平有源电力滤波器拓扑组织及管控方式研究第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义电能是现代社会中不可或缺的重要能源，在不同的领域中都得到了非常广泛的应用，这也使现代电网的承载非常严酷。随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加。各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器以及各种开关电源等大规模的应用，导致的负面效应也日益明显。非线性电力电子装置的应用给电网带来了严重的谐波污染并由此产生了一系列的电能质量问题。例如：谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电器设备过热、产生震动和噪声，导致绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或

2、烧毁。谐波可以引起电力系统局部并联谐振或者串联谐振，导致谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置的误动作，使电能的计量出现错误。谐波还会使通信设备和电子设备产生严重的干扰。因此，谐波治理已经成为人类社会不得不面对的严峻问题。本文正是基于这样的技术背景，试图探索一条有效抑制谐波的方法。1.2有源电力滤波技术谐波的研究与治理对于现代工业生产有重要的意义，谐波不仅降低电能生产、传输和利用的效率，而且给供、用电的正常运行带来严重的危险。对于电力系统谐波会放大电力系统局部并联谐振或串联谐振现象，导致谐波含量变大，造成电容器等

3、设备烧毁。谐波还会引起继电设备保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电气设备，谐波可以使电气设备产生震动和噪声，还容易产生过热现象，促使绝缘老化，缩短设备使用寿命，甚至出现故障或烧毁。谐波还会使电动机振动并加速其老化，降低高精度产品的质量。谐波对于通信和电子设备也会产生严重的干扰。电力电子装置所产生的谐波污染已经成为阻碍电力电子技术发展的障碍，这就迫使电力电子领域的研究人员必须对谐波问题进行更为有效的治理研究。电力系统中的谐波很早就引起了人们的注意，例如在20世纪20年代的德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1

4、945年J.C.Read发表的关于变流器的论文是最早对谐波问题进行研究的论文。到了二十世纪五、六十年代，随着高压直流输电技术的发展，各国学者发表了大量的有关变流器引起电力系统谐波的论文。70年代以来，随着电力电子技术的飞速发展，特别是功率半导体器件和变流技术的飞速发展，各种电力电子装置在军事、工业、生活及高新技术领域获得了越来越广泛的应用，带来了一系列的经济效益，与此同时也带来了一系列的问题。由于在这些电力电子装置中，整流器、逆变器和斩波器等都是由电力电子开关元件构成的电能变换装置。这些装置对电网来说都是非线性负载，它们派生出的高次谐波电流

5、注入到电网中，就造成了谐波污染。这对其他的用电设备造成损害，并降低功率因数。世界各国都对谐波问题予以充分的关注，国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。目前解决谐波问题的思路有两条：一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数为1。例如可以采用多重化技术、P整流技术以及单位功率因数校正技术等，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置；另一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这种方式适用于各种谐波源。本课题的研究放在了后一种思路上，即采用主动的方式来补偿非

6、线性负载产生的谐波。谐波抑制的传统方法是使用LC无源电力滤波器。它是由电容器、电抗器和电阻器的适当组合而成的滤波装置，与谐波源并联，利用电路的谐振原理，即当发生对某次谐波的谐振时，装置对该次谐波形成低阻通路，而达到消除谐波的目的。无源滤波器结构简单，一次性投入和运行费用都很低，在吸收特定次谐波方面效果明显，而且在消除谐波的同时也可补偿无功功率。但由于结构上的原因，在应用中存在着一些难以克服的缺点：1.滤波特性受电网阻抗的影响。2.只能消除事先规定的谐波成分。由于高次谐波的成分较多，必须同时加入多个滤波器，这会使整个滤波装置的成本和体积增加。

7、3.当系统中谐波电流增大时，无源滤波器可能过载，甚至损坏设备。4.对于特殊的谐波或者当系统阻抗和频率变化时，与电源阻抗发生的并联谐振会导致谐波电流放大，致使无源滤波电路无法正常工作。5.可能与电力系统发生串联谐振，造成电压波形畸变而产生附加的谐波电流流入无源滤波器，影响其滤波效果。总之由于无源滤波器体积较大、滤波特性固定容易发生串联或并联谐振等缺点，限制了它的使用。随着高速功率开关器件的出现，瞬时无功理论的成熟，以及数字处理技术的发展推动了有源电力滤波器的发展。与LC无源滤波器相比较，有源电力滤波器APF(ActivePoanceChara

8、cteristics.JournalIEE.1945,92:495-5906王兆安,刘进军.电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的进展.电力电子技术,1997,12(1):100-