并联混合型有源滤波器的研究

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1、第一章绪论1.1引言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，各种非线性电子装置如逆变器、整流器及各种开关电源等大规模地使用，其负面效应也日益明显；电力电子装置的开关动作向电网中注入了大量的谐波分量，导致了交流电网中电压和电流波形的严重失真，从而替代了传统的变压器等铁磁材料的非线性引起的谐波，成为最主要的谐波]。电能质量的下降严重影响着供、用电设备的安全经济运行，降低了人民的生活质量，因此世界各国十分重视电能质量的管理，而谐波治理是电能质量问题的核心内容之一，也是现代电力生产发展的迫切要求。1.2谐波问题1.2.1谐波的定义国际上公认的谐波含义为“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，

2、其频率为基波频率的整数倍”。国际电工标准（IEC:InternationalElectrotechnicalCommission）标准（IEC555-2,1982）定义：“谐波分量为周期量的傅立叶级数中大于1的h次分量”。电气和电子工程师协会标准（IEEE标准519～1981）IEEE标准定义谐波为：“谐波为一周期波或量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。1.2.2谐波的产生电力系统中的各种非线性元件是产生谐波的主要原因。按照非线性元件的类型，电力系统的谐波源可以分为两大类。1．含有半导体非线性器件的电力电子谐波源，如各种整流设备、交流调压装置、变流设备、直流拖动设备整流器、PWM变频器

3、、相控调制变频器以及现代工业设施为节能和控制用的电力电子设备等。在各种电力电子装置之中，整流装置所占比例最大。图1-1是三相桥式半控整流电路的仿真模型和A相电流波形、频谱分析。（仿真参数：三相对称电源电压=220V，基波频率=50Hz；电网电路阻抗等效为=0.5Ω，=1mH；直流侧负载等效为R=10Ω，L=20mH）（a）三相桥式半控整流电路（b）负载A相电流波形（c）负载A相电流频谱分析图1-1三相桥式半控整流电路仿真分析由上述仿真实例分析可知，当电网中的三相桥式半控整流电路未进行谐波补偿时，谐波总畸变率THD（totalharmonicdistortion）可高达23.30%，而单相不控整

4、流方式的输入电流的THD则高达100%。2．含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如交流电弧炉、交流电焊机、变压器及铁磁谐振设备等。1.2.3谐波的危害近年来，各种电力电子装置的迅速普及使得公用电网的谐波污染日益严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性已经引起了人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面[5-7]：1．谐波对电力系统的危害①谐波影响各种电气设备的正常工作。如对发电机的旋转电机产生附加功率损耗、机械振动和噪声；对于断路器，当电流波形过零点时，由于谐波的存在可能造成高的di/dt，这将使开断困难，并且延长故障电流的切除时间。②谐波对供电线路产生

5、了附加损耗。由于集肤效应和邻近效应，使线路电阻随频率增加而提高，造成电能的浪费；正常时由于中性线流过电流很小，故其导线较细，当大量的三次谐波流过中性线时，会使导线过热，损害绝缘，引起短路甚至火灾。③使电网中的电容器产生谐振。工频下，系统装设的各种用途的电容器比系统中的感抗要大得多，不会产生谐振。但在谐波频率时，感抗值成倍增加而容抗值成倍减少，这有可能出现谐振。谐振将放大谐波电流，导致电容器等设备被烧毁。④谐波使继电保护和自动装置出现误动作，使仪表和电能计量出现较大误差。2．谐波对信号系统的危害①对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。②谐

6、波使重要和敏感的电子设备和自动控制系统工作紊乱。③谐波可以导致电力电子装置自身的控制系统不能正常工作。1.3谐波抑制技术谐波抑制是提高电能质量，保证供电用电设备安全可靠运行的重要手段。目前谐波抑制技术主要分为两种[1,9]：1．主动型谐波抑制方案，即对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，或根据需要对其功率因数进行控制。2．被动型谐波抑制方案，即谐波负载本身不加改变，而是在电力系统或谐波负载的交流侧加装无源滤波器、有源滤波器或者混合滤波器等装置，通过外加设备对电网实施谐波补偿。1.3.1主动型谐波抑制方案这种方案主要是从变流装置本身出发，通过变流装置的结构设计和增加辅助控制策略来减少或消除

7、谐波，目前采用的技术主要有以下几个方面：1．多相整流技术对于大功率相控整流器，一般是采用增加整流相数的方法，如采用十二相或十二相以上的多相整流电路。通过适当的控制，多相整流能大大减少输入电流中的谐波，但由于相控整流固有的工作方式以及整流相的增加受到许多限制，因而采用这种整流器的系统仍然不可避免地存在较大的谐波电流。2．脉宽调制技术脉宽调制（PWM:PulseWidthModulation）技术的基