并联混合型有源电力滤波器的设计与应用研究

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1、湖南大学博士学位论文并联混合型有源电力滤波器的设计与应用研究姓名：范瑞祥申请学位级别：博士专业：@指导教师：@20061205博士学位论文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淮和[4-5]规定，同时对谐波治理问题的研究也蓬勃发展起来。我国对谐波问题的研究起步较晚。吴竞昌等1988年出版的《电力系[7]统谐波》一书是我国有关谐波问题早期较有影响的著作。随后，许克[8]明等也于1991年出版了《电力系统高次谐波》，张一中等1992年出[9]版了《电力谐波》，夏道止等1994年出版了《高压直流输电系统的谐[10][

2、11]波分析及滤波》，林海雪等1998年出版了《电力网中的谐波》，这些著作都对人们认识和研究谐波作出了很大的贡献。此外，唐统一等和容健纲等分别于1991年和1994年独立翻译了ArrilagaJ.等的《电力系[12][13]统谐波》，也在国内有较大的影响。1998年，王兆安等出版的《谐[6]波抑制和无功功率补偿》是国内迄今为止较为全面的介绍谐波分析和治理方法的著作，特别是其中关于有源滤波器的分析和阐述，被国内许多研究者广泛引用和参考。近些年来，国内期刊和有关会议上发表的谐波相关问题的研究论文也非常多，谐波问题已经成为研究热点。因此

3、可以说，我国对谐波问题的研究起步于80年代，在整个90年代有了长足的发展，与国外研究水平的差距正在不断减小。1.2谐波治理的意义自从采用交流电作为电能输送的一种方式起，人们就已知道电力系统中的谐波问题。但是，近年来随着非线性设备的大量使用，使得这一问题更加突出。通常作为谐波源，非线性设备可分为以下几类：（1）传统非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉等。（2）现代电力电子非线性设备，包括荧光灯、在工业界和现代办公设备中广泛使用的电子控制装置和开关、电源、晶闸管控制设备等。电力变压器是一种谐波源，由于经济原因，变压器使用的磁性材

4、料通常在接近非线性或就在非线性区域运行。在这种情况下，即使所加的电压是正弦的，变压器的励磁电流也是非正弦的，因而包含谐波。同样，即使励磁电流是正弦的，电压也不可能完全是正弦的。对于旋转电机来说，其线圈被嵌入线槽中，由于这些线槽不可能完全按正弦分布，从而使得产生的磁动势是畸变的，因此旋转电机也被认为是谐波源。在荧光灯中，每隔半个周波电压被建立起来直到荧光灯被点亮，点亮状态下荧光灯呈负电阻特性，其电流由感性的非线性镇流器来限制，因此电流是畸变的。-3-并联混合型有源电力滤波器的设计与应用研究静止无功补偿装置如TSC、TCR由于应用晶闸

5、管来控制电容或是电感的导通时间，因此，它也会产生非正弦的斩波电流。三相变流器产生谐波则是由于直流电流在交流三相之间不断换相引起的。在大多数情况下，电网中的谐波成分可能不会对电网和电气设备构成严重的威胁，但在一定条件下，谐波成分会严重影响电气装置及联到该装置上的设备的正常运行，甚至会影响电力系统本身的安全稳定运行。如：广西苹果铝厂1996年6月因谐波超标，导致电容器爆炸，损坏高压开关和主变压器，造成大面积停电；湖南涟钢1998年7月，因5次谐波超标，导致豹南山220KV变电站停电16小时；由于电气化铁路产生的负序电流和谐波电流的影响

6、，郑州电网继电保护误动，致使京广线中断数小时。目前电力系统谐波已成为影响电能质量的公害，其危害主要表现在[6-13]以下几个方面：（1）电力电容器引起的谐波放大。由于电容器的容抗与频率成反比，因此在谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，从而使谐波电流的波形畸变比谐波电压的波形畸变大得多，即便电压中谐波所占的比例不大，也会产生显著的谐波电流。特别是在发生谐振的情况下，很小的谐波电压就可引起很大的谐波电流，从而导致电容器因过流而损坏。（2）增加旋转电机的损耗。谐波电压或电流会在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁芯

7、中引起附加损耗。由于涡流和集肤效应的关系，定子和转子导体内的这些附加损耗要比直流电阻引起的损耗大。另外，谐波电流还会增大电机的噪音和产生脉动转矩。（3）增加输电线的损耗，缩短输电线寿命。谐波电流一方面在输电线路上产生谐波压降，另一方面增加了输电线路上的电流有效值，从而引起附加输电损耗。在电缆输电的情况下，谐波电压以正比于其幅值电压的形式增强了介质的电场强度，这影响了电缆的使用寿命，据有关资料介绍，谐波的影响将使电缆的使用寿命平均下降约60％。（4）增加变压器的损耗。变压器在高次谐波电压的作用下，将产生集肤效应和邻近效应，在绕组中引

8、起附加铜耗，同时也使铁耗相应增加。另外，3的倍数次零序电流会在三角形接法的绕组内产生环流，这一额外的环流可能会使绕组电流超过额定值。对于带不对称负载的变压器来说，如果负载电流中含有直流分量，会引起变压器的磁路饱和，从而会大大增加交流激磁电流的谐波分