基于瞬时无功功率理论的有源电力滤波器谐波和无功检测的分析

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1、-第一章绪论倍”[2-4]。2S对于含有谐波分量的周期T的非正弦电压uZt---第一章绪论倍”[2-4]。2S对于含有谐波分量的周期T的非正弦电压uZt---第一章绪论倍”[2-4]。2S对于含有谐波分量的周期T的非正弦电压uZt---第一章绪论倍”[2-4]。2S对于含有谐波分量的周期T的非正弦电压uZt---，只要满足Dirichlet条件，就Z能将其展开为傅里叶级数，如公式（1-1）所示：afuZt0acosnZtbsinnZt---nn2n1式中，Z为角频率，且有12S³t---dt---auZZ0

2、S012SZZZautcos(nt)dt³---nS012SZZZbutsin(nt)dt³---nS01在公式（1-1）中，可以将等式右边部分分为两类，一类是频率f的部分，将其T1定义为基波，而另一类是频率fn(n2,3,4,)"的部分，将其定义为谐波。T谐波电压含量U和谐波电流含量HI定义如下，HfUU¦（1-2）2Hnn2fII¦（1-3）2Hnn2谐波总畸变率THD（TotalHarmonicDistortion）是用来表征电气量（电压、电流）的畸变程度，包含电压谐波总畸变率THD和电流谐波总畸变率

3、THD两种，具体两种定ui义如下所示，THDuf¦U2nUun2u100%100%HUU11（1-4）THDif¦I2nIu100%u100%Hn2II11（1-5）在一个完整的电力系统中，可以说谐波源众多，但导致电流、电压的畸变程度不同，对电网影响也大不同[5]。从谐波来源分，主要有：---（1）发电厂发出的电能质量不够优质，并非标准正弦波，而是含有一定量的谐波。发电机绕组空间结构非绝对性对称，会导致发电机在运行时会产生少量的谐波，正常情-2----第一章绪论况下这部分谐波可以不作考虑[6]。（2）电力系

4、统输配电环节中产生谐波。（3）用电设备产生谐波。容易产生谐波的非线性电力电子设备大致分为以下三类：a）变频装置，变频装置常用于风机、水泵等驱动设备中，而且有此类设备导致的电网 电流畸变率出现逐年增高的趋势[7-8]；b）晶闸管类整流设备，大型用电企业，如石化企 业，广泛使用电解槽、电脱盐、开关电源、UPS等晶闸管整流设备，造成了大量谐波[9]； c）气体放电光源，这类设备通常会导致电网中产生奇次谐波[10]。从目前的统计数据及研究结果看，电网中谐波分量的大幅增加主要是因为电力系统中逐年增多的电力电子设备，这

5、些设备成为电网中的主要谐波源。1.2.1.2无功功率早在19世纪末，就已有学者开始研究无功功率。当时就已有研究发现，在交流系统中，因为普遍存在感性或容性负载会导致电压和电流之间出现相位差，这会引起一种电能在电源和负载之间不断往返的现象[11-12]。一直以来，研究人员对于有功功率的基本概念是确定而且无争议的，但是在交流电路中，无功功率的定义及概念还未得到一个定论。传统的平均功率理论在交流电路并非一直适用，而为大家普遍较为认可的解决办法就是H.Akagi提出的瞬时无功功率理论。这套理论不仅适用于正弦稳态电路，

6、而且可应用于暂态瞬变电路，适用范围大为增加[13]。无功功率在电网中的作用相当重要，电网的正常稳定运行离不开无功功率的支撑[14]。如果电网无功失衡，出现无功不足或者无功过剩现象，就会引起端电压的波动，从而影响电网的正常运行。通常在远距离输电线路中，其无功损耗会远大于有功损耗，所以无功功率的平衡一般采取在受电端安装无功补偿设备就近补偿[15]。1.2.2谐波的危害和无功功率的影响1.2.2.1谐波的危害谐波对包括电网在内的系统产生多重危害，表现为以下几个方面：（1）增加了电网的附加损耗。这里说的附加损耗主要

7、包括以下几个部分：a）增加 电网传输线路的附加电能损耗[17]；b）增加变压器的附加损耗。这里说的附加损耗主要是指附加铜耗和附加铁耗，产生原因是由于变压器中的高次谐波电压在变压器中产生集肤效应和邻近效应[18]；c）增加旋转电机的损耗。旋转电机的定子回路、转子回路和定子、转子铁芯中都将因为谐波电流或谐波电压而产生附加损耗。（2）缩短用电设备等的使用寿命[19]。理论上，电力设备的最佳工作电压便是额定电压，这样才会获得最大的经济与技术效应。由于谐波电流的存在，可能会使输电线路出现较高尖峰的电压波形，而且会使电

8、缆温升增高，这些都会促使电缆绝缘加速老化。除了线路之外，包括变压器、旋转电机等，如果长时间工作在非额定电压下，无疑会大大缩短其使用寿命。（3）引起电力测量误差，从而导致继保装置工作特性改变，极易引起误动作，，降-3----第一章绪论低供电可靠性，严重甚至会引起电力事故。（4）对周围的通信系统产生干扰和影响[20]，不仅可能造成通信噪声，而且严重的情况会导致通信严重失真，影响通信系统的正常工作，甚至可能会引起较大的