有源电力滤波器谐波检测及控制方法综述

第27卷第4期2008年12月青　海　电　力Q I N GHA I ELECT R I C P OW ER Vol .27No .4

　Dec .,2008

作者简介:柴喆(1976-),男,青海西宁人,本科,长期从事电网运行工作。

收稿日期:2008-01-10

有源电力滤波器谐波检测及控制方法综述

柴　喆,刘庆彪

(西宁供电公司,青海西宁810003)

摘　要:有源电力滤波器(APF )是补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置,有效的谐波检测方法和控制方法,将大大改善电力系统高次谐波污染,提高电网的供电质量。文章分别介绍了有源电力滤波器的谐波检测方法和有源电力滤波器的控制方法,阐述了这些方法在APF 中的应用情况,并指出有源滤波器目前存在的问题。

关键词:有源滤波器;　谐波检测;　输出控制

中图分类号:T M76;T N713+

.8 文献标识码:A 文章编号:1006-8198(2008)04-0001-04

Su mmari zi n g the Har mon ic I nspection and ControlM ethod of Active Power Filter

CHA I Zhe,L IU Qing -biao

Abstract:The active po wer filter is an i m portant equi pment of co mpensated electric po wer syste m har monic and reactive po wer,the effective detecting method of har monic and contr ol method will co mparatively i m pr ove the higher har monic wave polluti on of po wer syste m .The paper intr oduces the detecting method of the active po wer filter har monic wave and its con 2tr ol method applicati on situati on in active po wer filter,as well as points out the existing pr oble m of active po wer filter .Keywords:active filter ;　har monic detecti on;　out put contr ol

随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域,其中相当一部分负荷具有非线性或时变特性,造成了非线性、冲击性和不平衡用电特性,使电网中暂态冲击、无功功率、高次谐波及三相不平衡问题日趋严重,给电网的供电质量造成严重的污染,使电力系统的能量损耗增加,用电设备寿命缩短,对其它电子设备造成电磁干扰。因此,解决电力系统谐波抑制及无功补偿,提高电网供电质量变得日益重要。

传统的谐波抑制和无功补偿的方法是电力无源滤波器与需补偿的非线性负载并联,为谐波提供一个低阻通路的同时也提供负载所需的无功功率。虽然无源滤波器具有使用简单、方便的优点,但也存在着以下缺点:①滤波效果与负载有关,即滤波特性受系统参数影响较大,只能抑制固定的几次谐波,滤波特性较差;②只能补偿固定的无功功率,对变化的无功功率不能进行精确的补偿。

电力有源滤波器(active po wer filter,简称APF )是抑制电网谐波和补偿无功功率,改善电网供电质

量的最有效的装置〔1〕

。与无源滤波器相比,APF 具有高度可控制和快速响应特性,并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率,其特性不受系统影响,无谐波放大威胁,相对体积重量较小。随着APF 在我国的推广应用,也带来了巨大的经济效益和社会效益。

1　有源电力滤波器的谐波检测方法

谐波电流的检测和输出波形调制是有源电力滤波器控制中最重要的两个方面。谐波电流检测主要有以下几种方法。1.1　基波电流减去法

该方法使用带阻滤波器将基波电流从检测的电流中滤去,从而得到高次谐波电流作为补偿对象。该方法虽然简单,但带阻滤波器是理想模型,工程实

青　海　电　力第27卷

现时往往不能达到理想的性能。

1.2　频率分析法

该方法的基础是傅立叶级数分析,将检测到的畸变电流(或电压)进行傅立叶变换,分解为高次谐波的代数和形式,再将其合成为总的补偿电流。由于傅立叶变换需要大量的运算,当要求消除的谐波次数很高时,微机的实时计算有困难。

1.3　瞬时空间矢量法

利用瞬时无功功率理论,检测出三相电压与负载电流,计算出瞬时实功率和瞬时虚功率,滤去基波分量后得到高次谐波瞬时实功率和瞬时虚功率,从而算出补偿电流。该方法的优点是能快速跟踪补偿电流,进行实时补偿,系统频率特性不变,即使需要检测的谐波次数增加,也不会增加检测的难度,且不受电网参数和负载变化的影响。

1.4　基于现代控制理论的检测方法

最早应用的有基于P-I控制器的方法,因P-I 控制器的特性不能适应负载及电网的变化,后来又提出了滑模控制及模糊控制等现代控制方法,它们都是直接根据逆变器直流侧的电压或电流,求出所需的电网电流的基波有功分量幅值,从而求得所需补偿电流的指令值。

1.5　自适应检测法

该方法基于自适应滤波中的自适应干扰抵消原理,从负载电流中消去基波有功分量,从而得到需补偿的电流值。该方法的优点是对电网电压畸变、频偏及电网参数变化有较好的自适应能力,但其动态响应较慢。

1.6　基于神经网络检测法

该方法是随着神经控制理论在系统中的应用发展起来而形成的一种新型智能检测方法。人工神经网络自学功能强,不但避免了对于给定补偿电流的复杂计算,且有广泛的适应性,可用于补偿单相、三相三线或三相四线制非线性负载的APF系统。该方法具有以下优点:①可以通过模拟电路实现,简单而方便;②对负载变化具有自适应性;③克服了采用电子滤波的时延现象;④可以同时检测谐波、无功、基波负序和零序电流。

2　有源电力滤波器的控制方法

2.1　三角载波线性控制

这是一种最简单的线性控制方法,利用一个三角波和高次谐波比较从而得到不同时刻逆变器的开关状态。此方法的响应速度较快,但开关频率较高、产生噪音和造成较大的开关损耗及高频失真。

2.2　滞环电流控制〔2〕

滞环电流控制HCC(Hyste-resis Current Con2 tr ol)是目前应用最广泛的一种非线性闭环电流控制方法,它利用滞环比较器形成一个以给定电流为中心的死区或滞环,通过反馈电流与给定电流的滞环比较误差来控制逆变器的开关动作。滞环电流控制基于电流暂态的控制,具有动态响应速度快、鲁棒性好的特点,而且对负载的适应能力强,输出电压中不含特定频率的谐波分量。但开关频率、损耗以及控制的精度受滞环宽度的影响,滞环宽度越小,控制的精度就越高,同时开关频率和开关损耗也加大了。2.3　空间矢量控制〔3〕

空间矢量控制S VC(S pace Vect or Contr ol)是建立在交流异步电机磁场理论基础上的一种控制策略,开始时其使用范围仅仅局限于电机应用场合,但现在它已发展成一种能够普遍应用的P WM技术。它是将三相整流器件作为一个整体来考虑,通过控制与参考矢量最接近的三个开关矢量组合的作用时间,使一个控制周期内开关矢量输出的平均效果与参考矢量相等;其基本思想是在矢量空间中用有限的静止矢量去合成和跟踪调制波的空间旋转矢量,使合成的空间矢量含有调制波的信息。此方法在电压利用率、电流谐波和过调制等方面具有优势,而对零矢量的合理控制可以明显地降低逆变器的开关损耗。

2.4　无差拍控制〔4〕

无差拍控制DBC(Dead-Beat Contr ol)实际上是一种预前控制,其基本思想是根据在第K个采样时刻所检测的负载电流和补偿电流,计算第K+1时刻的指令电流值及各种可能开关状态下补偿电流的预测值,然后计算某种特定的目标函数(一般为指令值和预测值的累计误差),选择目标函数最小的开关状态作为K+1时刻的开关依据。其优点是动态响应很快,易于计算机执行;缺点是对系统参数依赖性较大、鲁棒性较差、瞬态响应的超调量大、计算的实时性强、对硬件要求高。

215　单周控制〔5-6〕

单周控制OCC(One-Cycle Contr ol)是一种非线性控制法,最早由美国学者K.M.S medley和S. Cuk提出。其基本思想是:控制开关占空比,在每个

2

第4期柴　喆等:有源电力滤波器谐波检测及控制方法综述

周期内使逆变器开关变量的平均值与控制参考值相等或成一定比例,从而消除稳态和瞬态误差。它具有反应快、控制精度高、控制电路简单,特别是具有控制性能对系统参数变化不敏感等优点。基于上述优点,单周控制在有源滤波器中得到了大量的应用。216　滑模控制〔7-8〕

滑模控制S MC(Sliding Mode Contr ol)是一种设计与分析紧密结合、具有对模型不确定和对外界扰动不变化及鲁棒性强等特点的控制方法,其原理是利用控制的不连续性,依靠其高频转换强制闭环系统到达并保持在所设计的滑动面上,在一定条件下滑动模对干扰与系统参数的变化具有不变性。然而滑模控制的不连续开关特性容易引起系统的颤动,这种颤动可能将系统中存在的高频成分激励起来,甚至使系统不稳定。

217　重复控制

重复控制RC(Repetitive Contr ol)是基于内模原理的一种控制思想,内模原理的本质是把系统外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度的反馈控制系统。该原理指出:若要求一个反馈控制系统具有良好的跟踪指令以及抵消扰动影响的能力(即稳态时误差趋于零),并且这种对误差的调节过程是结构稳定的,则在反馈控制环路内部必须包含一个描述外部输入信号(含指令信号和扰动信号)动力学特性的数学模型。重复控制要求扰动信号是时间的周期函数,但系统的实际运行是周期波动的,直接应用重复控制的效果并不理想。

218　预测控制

预测控制PC(Predicted Contr ol)作为一种新型的计算机控制算法,它的算法种类多,表现形式多种多样,但都具有三大本质特征:预测模型、滚动优化和反馈校正。其基本原理是:在当前时刻,基于过程的动态模型预测未来一定时域每个采样周期的过程输出,这些输出作为当前时刻和未来一定时域内控制量的函数,按照基于反馈校正的某个优化目标函数计算当前及未来一定时域的控制量大小。为了防止控制量剧烈变化及超调,一般在优化目标函数中都考虑使未来输出以一定轨迹最优地去跟踪期望设定值,计算出当前控制量后输出给过程实施控制,至下一时刻,根据新测量数据重新按上述步骤计算控制量,所以预测控制是不断地滚动局部优化,而非全局优化。

219　模糊控制〔9-10〕

模糊控制FC(Fuzzy Contr ol)是以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理作为理论基础,主要包括模糊化,模糊推理与模糊判决3部分。其最大的特点是将专家经验和知识表示成语言控制规则,然后用这些规则去控制系统。模糊控制只需要获得丰富的人工控制经验,应用模糊理论和计算机技术就可以对没有准确数学模型或者数学模型极其复杂,一般控制理论不能进行有效控制的系统加以控制,且系统具有较强的鲁棒性,尤其适合于非线性、时变、滞后系统的控制。

2110　迭代自学习控制〔11〕

迭代自学习控制I L C(Iterative Learning Con2 tr ol)的基本思想是基于多次重复训练(运行),只要能保证训练过程的系统不变性,控制作用的确定可以在模型不确定的情况下获得有规律的原则,使系统的实际输出逼近期望输出。在迭代自学习控制系统中,控制作用的学习是通过对以往控制经验(控制作用与误差的加权和)的记忆实现的,算法的收敛性依赖于加权因子的确定。这种学习系统的核心是系统不变性的假设以及基于记忆单元的间断的重复训练过程,它的学习控制规律极为简单,可实现训练间隙的离线计算,因而不但有较好的实时性,而且对干扰和系统模型的变化具有一定的鲁棒性。

2111　无源性控制〔12〕

无源性控制P BC(Passivity Based Contr ol)是基于能量这个桥梁,将控制理论与先验知识和物理描述结合在一起。从以高阶微分方程和一些代数方程描述的数学模型出发,控制的设计被简化为定义一系列表示所需动态的内部状态方程。主要包括两个步骤:一是“能量成形”,通过改变系统的能量函数,使新的能量函数在设计的平衡点上具有全局最小解;二是非线性阻尼注入,改变系统的耗散函数,保证系统的全局渐进稳定,这样系统能在满足“无源性”的条件下达到要求的性能。这种方法从系统能量角度出发,使控制器的设计得到一定程度的简化,并且提高了系统的鲁棒性。

2112　人工神经网络控制〔13〕

人工神经网络ANN(A rtificial Neural Net w ork)将大量简单的神经元连接在一起,能够逼近任何线性和非线性模型的非线性映射,可实现并行实时和冗余计算。人工神经网络控制可以应用于检测负载

3

青　海　电　力第27卷

电流中的谐波和无功成分,作为电流控制环的给定,也可以控制变换器的开关状态实现对给定电流的跟踪。采用人工神经网络逼近的方法能够充分考虑到系统的未知动态,提高控制精度,也使控制方法简化。主要有两种控制方式:一是利用直流侧电压的PI控制输出的乘积获得系统补偿电流的给定值,然后通过另一个多输入多输出系统的神经网络获得系统的开关模式;二是省略了直流电压的PI 控制,直接将直流侧电压考虑为电流控制环节神经网络的一个输入,获得系统的开关模式。由于人工神经网络具有本质的非线性、并行处理能力、强鲁棒性以及自组织自学习的能力,因而将其应用于APF控制中有很大的发展空间。

除了以上的控制方法外,还有一些研究将自抗扰控制、遗传算法等先进控制算法应用到APF控制中。但目前国内对于APF的研究还处于理论和仿真研究,尤其是先进的算法在APF中还没有实际的应用实例。有关APF的控制策略正随着DSP技术和智能控制理论的发展不断涌现,随着控制策略的改进,APF的特性也将不断提高,而相应的价格也必将下降,在各个领域的应用也将越来越普及。

3　有源电力滤波器存在的问题

1)高电压等级、大容量的有源滤波器装置将是该领域技术和市场发展的必然。日前的有源电力滤波装置主要还是应用于低压系统(如380V)、小容量(k W级别)中,还不能满足高压、大功率非线性负载和电力系统的应用要求。因此,加强对高压大容量的有源电力滤波装置的理论和关键技术研究具有重要意义,其中包括采用新型电力电子功率器件、适合高压高功率的拓扑结构(如多电平技术等),相应的控制方法和手段等。

2)有源电力滤波器的成本极大地限制了其应用范围,如何降低有源电力滤波器的成本,提高其性价比是目前尚未解决的问题。

3)目前的有源电力滤波器普遍存在功能相对单一的问题,如何根据电能质量问题的规律和特点,研制出集负荷畸变电流补偿、动态电压恢复、故障电流限制等功能于一体的电能质量调节装置是今后研究的重点之一。

4　结语

APF作为消除电力公害,是改善供电质量的有力工具,在西方发达国家已广泛应用于国民经济的各个部门。我国APF的研究与应用,远远落后于发达国家,除了少数几台APF已投入工业试运行外,其它大部分尚处于研制阶段。随着我国经济的飞速发展,电力系统高次谐波污染日益严重,提高电网供电质量越来越引起国家的重视,对APF的研制和应用提高到了一个新的认识高度。

参考文献:

〔1〕王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿〔M〕.北京:机械工业出版社,1998

〔2〕曾江,焦连伟,倪以信,等.有源滤波器定频滞环电流控制新方法〔J〕.电网技术,2000,24(6):128

〔3〕田大强,蒋平,唐国庆.空间矢量控制在有源滤波器中的应用研究〔J〕.电力电子技术,2003,37(4):123

〔4〕Y okoya ma T,Ka wa mura A.D isturbance Observer Based Fully D igital Contr olled P WM I nverter f or C VCF Operati on〔J〕.

I EEE Trans on Po w Electr,1994,9(5):473-480

〔5〕Q I A N Ting,LüZheng-yu,HU Jin,etal.Dual-Loop Sche me f or Unified Constant2Frequency I ntegrati on Contr ol of Active Po wer Filter〔J〕.Pr oceedings of the CSEE,2003,23 (3):34-37

〔6〕FEIWan-min,LüZheng-yu,Q I A N Ting.A Novel One -Cycle Contr ol Active Filter Based on Co mp le mentary Con2tr ol Strategies〔J〕.Aut o mati on of Electric Po wer Syste ms,2003,27 (3):50-62

〔7〕M iret J,de V icuxia L G,Castilla M.A Si m p le Sliding Mode Contr ol of an Active Po wer Filter〔A〕.Po wer Electr onics S pecialists Conference,2004,1052-1056

〔8〕童梅,项基.一种混合型电力滤波器的变结构控制〔J〕.电工技术学报,2002,17(1):59-63

〔9〕Y U Dong-mei,G UO Q ing-ding,HU Q ing,etal.A Novel DSP Based Current Contr oller with Fuzzy Variable Band Hyster2 esis f or Active Po wer Filters〔A〕.Trans missi on and D istribu2 ti on Conference,2005,125

〔10〕F AN Shao-sheng,WANG Yao-nan.Fuzzy Model Pre2 dictive Contr ol f or Active Po wer Filter〔A〕.I EEE I nternati onal Conference on Electric U tility Deregulati on,2004,296-300〔11〕张霞,陈允平.并联有源电力滤波器的自学习控制〔J〕.电力系统自动化,2003,27(7):58-62

〔12〕Z HONG Q ing,WU J ie,Y ANG J in-ming.Passivity Based Contr ol of the Shunt Active Po wer Filters〔J〕.Contr ol and Decisi on,2004,19(1):77-80

〔13〕童梅,童杰,蒋静坪.有源滤波器的神经网络控制〔J〕.电工技术学报,2000,15(1):57-60

4

电力系统谐波检测与治理的研究

电力系统谐波检测与治理的研究 摘要：目前电力系统谐波危害已经引起了各个部门的关注，为了整个供电系统 的供电质量，必须对谐波进行有效的检测和治理。 关键字：电力谐波检测治理 前言随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的 使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对 电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。目前，谐波与电磁 干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供 配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的 意义。 一、电力系统谐波危害 ①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。 ②谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严 重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。 ③谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。 ④谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。 ⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接 的经济损失。 ⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量;重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 ⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。 ⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰 和图像紊乱。 二、谐波检测方法 1.模拟电路 消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合 型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造 价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感，故使其基波幅值误差很难控 制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制性能。近年来，人工神经网络的研究取得了较 大进展，由于神经元有自适应和自学习能力，且结构简单，输入输出关系明了，因此可用神 经元替代自适应滤波器，再用一对与基波频率相同，相位相差90度的正弦向量作为神经元 的输入。由神经元先得到基波电流，然后检测出应补偿的电流，从而完成谐波电流的检测。 但人工神经网络的硬件目前还是一个比较薄弱的环节，限制了其应用范围。 2.傅立叶变换 利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力系统的谐波分析，目前大都是通过该方 法实现的，离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D转换得到的数字信号，设待测信 号为x(t)，采样间隔为 t秒，采样频率 =1/ t满足采样定理，即大于信号最高频率分量的2倍，则采样信号为x(n t)，并且采样信号总是有限长度的，即n=0，1……N-1。这相当于对无限长 的信号做了截断，因而造成了傅立叶变换的泄露现象，产生误差。此外，对于离散傅立叶变 换来说，如果不是整数周期采样，那么即使信号只含有单一频率，离散傅立叶变换也不可能 求出信号的准确参数，因而出现栅栏效应。通过加窗可以减小泄露现象的影响。 3.小波变换 小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控制、图象处理与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常突然的信号，在应用离散傅 立叶变换进行处理受到局限的情况下，可充分发挥小波变换的优势。即对谐波采样离散后，

电力系统谐波及其检测方法研究

第23卷 第5期 电子测量与仪器学报 Vol. 23 No. 5 2009年5月 JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT · 29 · 本文于2008年1月收到。 *基金项目: 国家自然科学基金(编号: 60775047)资助项目; 国家863计划(编号: 2007AA042244)资助项目。 电力系统谐波及其检测方法研究* 唐 求 王耀南 郭斯羽 (湖南大学电气与信息工程学院, 长沙 410082) 摘 要: 谐波测量在电力系统中占有重要的作用和地位。本文概述了谐波测量的主要方法, 对基于加窗插值FFT 的谐波测量方法进行了分析和研究。在此基础上, 设计并实现了一种多功能虚拟谐波测量系统, 采用加窗插值FFT 算法, 以图形化编程语言LabVIEW 为开发平台, 实现了电力系统电压、电流谐波参数的测量。与传统的谐波测量系统相比, 该系统硬件简单、编程灵活、可自定义、数据分析与处理能力强、使用方便, 测量结果证明了系统的可行性和准确性。 关键词: 谐波测量；加窗插值FFT ；虚拟仪器；LabVIEW 中图分类号: TM714 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 470.4054 Research on harmonics and its measurement method in power system Tang Qiu Wang Yaonan Guo Siyu (College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China) Abstract: The harmonic measurement plays an important role in power system. In this paper, some main harmon-ics measurement methods are generally described, and a harmonic measurement method based on interpolating win-dowed FFT is discussed. According to the interpolating windowed FFT method, a multifunctional virtual instrument system for harmonic measurement of voltage and current signals is designed and implemented with LabVIEW envi-ronment. Compared with traditional harmonic measurement system, this system is flexible, self-defined, capable of data processing and analysis, with simple hardware and so on. The measurement results show the feasibility and the validity of the system. Keywords: Harmonic measurement;interpolating windowed FFT;virtual instrument;LabVIEW 1 引 言 近年来, 随着工业和民用用电负荷的迅速增加以及各种电力电子设备的广泛应用, 非线性负载的数量和容量日益增加, 电力系统谐波污染日趋严重。电网谐波使得电压、电流的波形发生畸变, 使电力系统的发、供、用电设备出现许多异常现象和故障, 对电力系统的安全、经济运行造成极大的危害。谐波问题已成为电力部门普遍重视和关心的问题[1] 。谐波测量是处理谐波问题的基础, 是分析和控制电网谐波含量的依据。 传统的电力谐波测量方法多采用电力谐波分析仪或MATLAB 软件包, 但是它们不具有图形化编程 和远程测控能力, 因此具有局限性。 本文在研究谐波测量的主要方法的基础上, 设计了基于加窗插值FFT 的虚拟谐波测量系统。实现了三相电压、三相电流的总谐波畸变率(THD)以及各次(1~13次)谐波畸变率的测量。系统集信息采集、处理和传输于一体, 具有数据采集、谐波分析处理和显示等功能, 试验结果表明了其性能良好, 测量稳定。 2 谐波测量方法 谐波测量是解决谐波问题的基础和主要依据, 通过对谐波的检测, 可以实时监测电网中谐波的含量及其潮流方向, 计量各次谐波含量、 谐波电压电流幅值、相位等参数, 从而提高测量和计量仪表的准确

有源电力滤波器的应用及效果.

有源电力滤波器的应用 所在学院：信息科学与工程学院 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师：

有源电力滤波器的应用 上学期我们学习了《电力电子技术》这门课，通过这门课的学习我了解到：以非线性负载为主产生的谐波会对电力系统形成很大的危害，而传统的电力电子装置本身就是产生谐波的主要污染源。要想抑制电力电子装置和其它谐波源造成的电力系统谐波，基本思路有两条：一是装设补偿装置，设法补偿其产生的谐波；而是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，同时也不消耗无功功率，或者根据需要能对其功率因数进行控制，即采用高功率因数变流器。 装设LC 调谐滤波器是传统的补偿谐波的主要手段。LC 调谐滤波器虽然存在很多缺陷，但其结构简单，既可补偿谐波，又可补偿无功，一直被广泛应用与电力系统中谐波和无功功率补偿。目前的趋势是采用先进的电力电子装置进行谐波补偿，这就是有源电力滤波器（APF ）。与LC 无源滤波器相比，有源滤波器具有明显的优越性能，能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，而且补偿特性不受电网频率和阻抗的影响。有源电力滤波器的变流电路可以分为电压型和电流型。从与补偿对象的连接方式看，有源电力滤波器又可分为并联型和串联型。电压型和并联型在实际中应用较广。 本学期做了一个谐波的产生和抑制的实验，其中谐波是由三相桥式整流电路这一非线性负载产生的，在实验中采用了两种抑制谐波的方法，一种是并联无功补偿电容器和LC 滤波器，另一种是并联一个有源电力滤波器。目标是经过这两次滤波，使谐波电流的畸变率降到5%左右。 有源电力滤波器基本原理如下图1所示。设负载电流为l i ，谐波检测器从负载电流中检测出谐波电流h i ，令指令电流*c h i i =-，补偿电流控制算法控制逆变 器产生补偿电流*c c i i =，注入母线，抵消负载电流中的谐波，达到抑制谐波电流流向电源的目的。系统由四个主要部分组成有源滤波主电路、外围驱动板、谐波检测器 、DSP 器件。

有源电力滤波器的发展历史和研究现状概述

有源电力滤波器的发展历史和研究现状概述 1969 年，Bird 和Marsh 等人提出通过向电网注入三次谐波电流来减少电流中 的谐波成分，从而改善电流波形的思想，这就是有源电力滤波技术的萌芽 [11]。 1971 年，日本的H.Sasaki 和T.Machida 提出有源电力滤波器技术，首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理：通过产生与负载谐波和无功电流大小相 等方向相反的补偿电流，来抵消负载谐波和无功电流，从而达到净化电网的目 的。但是由于当时电力电子技术的发展水平不高，全控型器件功率小、频率 低，采用线性放大器产生补偿电流， 损耗大、成本高，因而有源电力滤波器仅局限于实验研究，未能在工业中应 用。 1976 年，L.Gyugyi 等人提出用大功率晶体管构成PWM 逆变器控制APF 来抑制谐波，引起了普遍关注，确立了有源电力滤波器的主电路的基本拓扑结构和控 制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一个理想的电流发生器，并讨论了 实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的基础。 80 年代以来，随着大中功率全控型半导体器件的成熟和脉宽调制(Pulse Width Modulation PWM)控制技术的进步，对有源电力滤波器的研究逐渐活跃起来。这 一时期的一个重大突破是，1983 年H.Akagi 等人提出了“三相电路瞬时无功 功率理论”[12]，以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在有源电力滤波 器中得到了成功的应用，极大地促进了有源电力滤波器的发展。 随着电力电子技术的发展，特别是高功率大电流的半导体器件及可关断晶闸管(GTO)的发展以及瞬时无功功率理论提出的发展，国内外对谐波问题的研究也不 断有新的进展，近年来，国际上有关有害电流检测和抑制技术的研究更是十分 活跃，每年都有量的论文发表。这一方面说明了这一研究的重要性，另一方面 也预示着这一领域的研究有望取得重大突破。 国外对有源电力滤波装置的开发研究工作始于20 世纪90 年代初期，到现在已进入实用化阶段。有源电力滤波技术作为改善供电质量的一项关键技术，其补 偿范围包括谐波、无功、畸变电压等，补偿对象有工业整流负载、电弧炉以及 电气化铁道等。在日本、美国以及德国等工业发达国家已得到了高度重视和日 益广泛的应用，APF 被公认为是今后改善电力系统电能质量的发展方向，现在 也已出现具有快速响应、稳定性高的有源滤波装置。目前，世界上APF 的主要生产厂家有日本三菱电机公司、美国西屋电气公司、德国西门子公司等。文献 显示，从1981 年以来，仅日本就有500 多台APF 投入运行，容量范围在 50kVA-60MVA；而在欧洲，投入运行的工业用并联APF 最大容量已经达到 610KVA[13]。

电力系统谐波检测算法分析

本科生毕业论文(设计)题目电力系统谐波检测算法分析 学生姓名 学号 学院电子与信息工程学院 专业电子信息工程 指导教师 二Ｏ一九年五月二十日

目录 1 绪论 (3) 1.1 谐波检测的目的及意义 (3) 1.2 国内外研究现状及发展趋势 (3) 1.3 课题研究内容 (4) 2 电力系统谐波简介 (4) 2.1 谐波的基本概念 (4) 2.1.1 什么是谐波 (4) 2.1.2 谐波的表示方法 (5) 2.1.3 谐波的特征量 (6) 2.2 谐波产生的原因 (6) 2.3 谐波的危害 (7) 2.4 电力系统谐波检测方法 (7) 3 基于瞬时无功功率的电力谐波检测技术 (8) 3.1 传统功率理论 (8) 3.2 三相瞬时无功功率 (9) 3.3 p-q谐波检测法 (11) 3.4 ip-iq谐波检测法 (12) 3.5 d-q谐波检测法 (13) 4 改进型ip-iq谐波检测法 (14) 4.1 调节LPF截止频率 (14) 4.2 增加PI调节器 (15) 5 仿真与分析 (16) 5.1 MATLAB简介 (16) 5.2 仿真模型的建立 (17) 5.2.1 p-q谐波检测法仿真模型 (17) 5.2.2 ip-iq谐波检测法仿真模型 (20) 5.2.3 d-p谐波检测法仿真模型 (23) 5.2.4 改进型ip-iq谐波检测法仿真模型 (24) 5.3 仿真实验 (25) 5.4 波形分析 (29)

5.5 本章小结 (29) 6 总结 (30) 参考文献 (30) 致谢 (33)

电力系统谐波检测算法分析 摘要：本篇论文，旨在针对电力系统谐波所涉及的算法检测过程，进行相对深入的细致研究。其中，本文着重于针对以三相瞬时无功功率理论为基础，而积极构建出的谐波电流检测算法，进行科学合理的综合探究，并深入阐述基于该理论的p-q、i p?i q、d-q这三种算法的原理，并在MATLAB平台上构建相应仿真系统，验证三种算法的可行性，对比三种算法的优劣，其中i p?i q算法检测谐波时更加精准迅速，适用范围更广，通过借助PI调节器以及更改LPF的参数，改进其中的i p?i q算法，进一步增加其谐波检测的精准度，实验结果表明，改进后的i p?i q 算法在检测精度上，较改进之前而言有较大提高。 关键词：谐波检测；瞬时无功功率； p-q；i p?i q； d-q；

电力系统谐波影响及消除

电力系统谐波影响及消除（网络摘录）2011.12.20 返回日志列表 从补偿电容无法投入，谈谐波危害，分析谐波来源，提出治理谐波的初步建议随着个私经济特别是特钢和化学工业在我市的发展，我公司的供电量也不断的增长，为了使功率因素达到标准，必须投入补偿电容，但是这几个乡镇的变电所的补偿电容器却无法投上，强行投入后，电容器熔丝也会很快熔断。但根据其他变电所运行经验，在此功率因数下，无功电流不应大于熔丝熔断电流。这是为什么呢? 经过对该地区的供电现状分析，这是由于谐波引起的。所谓谐波，即理想的电力系统向用户提供的应该是一个恒定工频的正弦波形电压，但是由于各种原因，使这种理想状态在实际中无法存在。因此通过对周期性电压或电流的傅立叶分解，所得到的频率为基波整数倍分量的含有量，称为谐波。 谐波对于电网的危害非常大，主要表现在以下方面： 1.由于电网主要是按基波设计的。由于LC元件的存在，虽然在基波时不会发生谐振，但在某个特定谐波时却可能引起谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，电网谐振引起设备过电压，产生谐波过流，对设备造成危害。特别是对电容器和与之串联的电抗器。其中，特别要注意的是，由于电容器是容性负载，能与电网上感性设备(其它设备主要是感性设备)配合，构成共振条件，又由于其大小与谐波频率成反比，因此，电容更容易吸收谐波共振电流，引起电容过载，造成电容损坏，或者熔丝熔断。 2.使电网中的电气设备产生额外的损耗(谐波功率)，降低了设备的效率，同时谐波会影响设备的正常工作，例如变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，电机产生机械振动等故障，绝缘部分老化、变质，严重时候甚至设备损坏。 3.导致继电保护和自动装置误动或拒动，造成不必要的损失，谐波会使电气测量仪表测量不准确，造成计量误差。 另外，谐波还会产生对设备附近的通信系统产生干扰等其他危害。 既然谐波危害如此之大，那么谐波是如何产生的?又如何能减小它的影响和危害呢? 谐波来源 1、中频炉、电弧炉等设备是该地区谐波的主要来源 对该地区负荷进行分析，发现主要的原因是该地区特钢工业发达，中频炉、电弧炉等作为一类高效的加热源已经非常普及。电弧炉是利用电极物料间产生的电弧熔炼金属，因此，它的电流波形很不规则，含有多种谐波(2次到7次)以及间谐波，这是谐波的一个重要来源。而中频炉是工频电流整流后再变为中频，再利用电磁感应来熔炼金属，因此产生大量的高次谐波，其中以5次、7次、11次等奇次谐波为主。这正是该地区谐波的主要来源。 2、用户变压器群是该地区谐波的重要来源 一般情况下，三相变压器由于铁芯为“日”形状，中相比边相要短一半，因此，三个磁路的不对称引起变压器励磁电流中含有谐波分量。所以当对空载三相变压器加电压激励时，即使受电侧没有零序电流通路(中性点不接地或三角形接线)，励磁电流中也会有谐波分量。虽然在实际运行时，这个谐波分量很小，但由于变压器绕组接法以及各绕组和电网各相的连接统一规定时，则各台变压器励磁电流里的同次谐波彼此叠加，形成了电网中谐波的又一重要来源。例如，在绝大多数配变中，都是Y，yn接线，变压器的中间的铁柱对应的线圈即中相接的都是B相，这样的统一接法，就为3、5、7等次谐波提供了一个分别互相叠加的条件。在该地区，现有35kV用户变压器5台，总容量400kVA，10kV用户变压器约800台，总容量330kVA.如此庞大的用户变群又成为了谐波的又一个重要来源。

船舶电力系统中的谐波检测方法综述

船舶电力系统中的谐波检测方法综述 船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，由于整流型，冲击性等非线性负荷的存在，所以对比陆地大电网，船舶电力系统有着更加严重的电能质量问题，而其中最主要的问题就是谐波，谐波会使船舶电网供电质量指标严重下降，同时使得电网各个部件运行情况恶化。所以如何更快速更准确的测量出系统中的谐波与简谐波，成为了全世界的焦点。文章主要介绍了目前流行的谐波检测方法，并详细论述了各种检测方法上的优势与不足，以便在检测过程中选择更加恰当的方法。 标签：船舶电力系统；谐波；检测方法 1 概述 船舶電力系统是一个独立的系统，随着电力技术的飞速发展以及科技的进步，船舶电力系统已经从早期的单一照明供电，逐渐发展成现代的船舶电力。然而，正是由于大量半导变流器的普遍投入使用，以及电力技术的应用，这使得船舶电力系统中的谐波污染日益严重[1]。 谐波会造成电动机的电机和变压器的附加损耗，并且产生噪声、过热现象、谐波过电压以及机械振动，甚至会损坏变压器与电机。同时谐波会引起，电流变化率电压变化率过高或产生过热效应，控制系统误差，会给换流装置带来影响、并且引起晶闸管故障[2]。高次谐波也会对线路以及通讯设备带来干扰，从而产生电力测量仪表中的误差。 而谐波问题涉及面很广，其中包括畸变波形、谐波抑制的分析方法、谐波潮流计算、电网谐波潮流计算、谐波测量、谐波源分析以及谐波限制标准等[2]。谐波检测是谐波问题的一个重要分支，也是研究谐波问题的基础与出发点。 2 基于傅里叶变换的谐波检测算法 虽然加窗插值法能够减小一定的误差，但为了检测出信号中所有的间谐波和谐波分量，窗宽在大多数情况下可能会高达几十个信号周期，并且容易受噪声干扰，这对实时检测是不利的。 3 基于小波变换的谐波检测方法 小波变换是将信号与一个时域和频域均具有局部化性质的平移伸缩小波基函数进行卷积，将信号分解成位于不同频带时段上的各个成分。小波变换是在工程应用中最重要的是最优小波选择，目前主要是通过小波分析处理信号的结果与结论的误差来判定小波的好坏，并由此选择小波基。 特殊地，取a0=2，b0=1，可以得到二进小波（Dyadic Wavelet），相应的变

电力系统谐波检测与治理的研究

电力系统谐波检测与治理的研究 1、谐波的定义 供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的力量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1)称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。 2、谐波的危害 电网谐波造成电网污染，正弦电压波形畸变，使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障，情况日趋严重。电力系统中谐波的危害是多方面的，概括起来有以下几个方面： 2.1 对供配电线路的危害 2.1.1 影响线路的稳定运行 供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作，因而在谐波影响下，不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点，但由于采用了整流取样电路，容易受谐波影响，产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。 2.1.2影响电网的质量 电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用电配电系统中的中性线，由于荧光灯、调光灯、计算机等负载，会产生大量的奇次谐波，其中3次谐波的含量较低，可达40%；三相配电线路中，相线上的3的整数倍谐波，在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。 2.2 对电力设备的危害 2.2.1对电力容器的危害 当电网存在谐波时，投入电容器后，其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。对于膜低复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍；对于全膜电容器，允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍，但如果谐波含量较高，超出电容器允许条件，就会使电容器过电流和过负荷，损耗功率超过上述值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外，谐波的存在往往使电压器呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，且由于电压变化率大，局部放电强度大，对绝缘介质更能起到加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。一般来说，电压每升高10%，电容器的寿命就要缩短1/2左右。再者，在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。 2.2.2 对电力变压器的危害 谐波使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大。同时

电力有源滤波器的设计-开题报告

工程学院 本科毕业设计（论文）开题报告题目：电力有源滤波器的设计 专业： 班级：学号: 学生： 指导教师： 2014 年3月

文献综述1.3谐波的抑制方法 （1）无源滤波 无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点。基本的无源滤波器的拓扑结构如下图所示： （2）有源滤波 目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用电力有源滤波器(Active Power Filter-APF)[2]。有源电力滤波器也是一种电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而消除电网中的谐波。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视，并且在日本等国得到广泛的应用。有源电力滤波器的基本思想在六七十年代就己经形成。80年代以来，由于大中功率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-PWM)控制技术的进步，以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器才得以迅速发展。

文 献 综 述 2.1按联接方式确定APF的种类 APF的结构形式很多，但其基本原理都是类似的，按电路拓朴结构可分为并联型APF、串联型APF和串--并联型APF。 （1）并联型APF 下图为并联型APF 基本结构。由于与系统并联, 可等效为一受控电流源。并联型APF 可产生与负荷电流大小相等、方向相反的谐波电流, 从而将电源侧电流补偿为正弦基波电流。主要适用于抵消非线性负载的谐波电流、无功补偿及平衡三相系统中的不平衡电流等。并联型APF 在技术上比较成熟[4]。 并联型有源滤波器结构图 2）串联型APF 图2.3为串联型APF基本结构。通过1个匹配变压器将APF串联在电源和负载之间, 以消除电压谐波, 平衡或调整负载的端电压。与并联型APF相比, 串联型APF损耗较大, 且各种保护电路也较复杂。因此, 很少单位使用串联型APF, 大多将其作为混合型APF 的一部分。 串联型有源滤波器结构图

电力系统谐波检测方法综述

综述 2019年第9期 1电力系统谐波检测方法综述 陈和洋1,3 吴文宣2 郑文迪1 晁武杰3 唐志军3 （1. 福州大学电气工程与自动化学院，福州 350108； 2. 国网福建省电力有限公司，福州 350003； 3. 国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福州 350007） 摘要 电力系统谐波检测为谐波治理提供了方向，同时也是谐波监测系统的核心。本文首先 阐述了电力系统谐波的诸多危害；其次对一些传统检测方法和近期新方法展开讨论和分析，比如瞬时无功功率法、快速傅里叶变换法、小波变换法、希尔伯特-黄变换法等；最后阐述了将来谐波检测领域的发展趋势。 关键词：谐波检测；瞬时无功功率；快速傅里叶变换；小波变换；希尔伯特-黄变换；人工神 经网络；复合检测 Reviews of power system harmonic measurement methods Chen Heyang 1,3 Wu Wenxuan 2 Zheng Wendi 1 Chao Wujie 3 Tang Zhijun 3 (1. College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108; 2. State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd, Fuzhou 350003; 3. Electric Power Reserch Institute of State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd, Fuzhou 350007) Abstract Power system harmonic detection provides the direction for harmonic control and is also the core of the harmonic monitoring system. This paper first expounds the many hazards of power system harmonics, and then discusses and analyzes some traditional detection methods and recent new methods, such as: instantaneous reactive power method, fast Fourier transform method, wavelet transform method, Hilbert-Hang transformation method, etc., finally pointed out the future development trend and personal outlook in the field of harmonic detection. Keywords ：harmonic detection; instantaneous reactive power; fast Fourier transform (FFT); wavelet transform; Hilbert-Huang transform (HHT); artificial neural network (ANN); composite detection 100多年来，随着电力系统的不断发展，以非化石能源为主的新一代电力系统格局已经产生，将来清洁能源和可再生能源将占有很大的比重。在此背景下，电力电子元器件的大量使用导致电力系统不可避免地受到谐波的污染。电力系统中的谐波分量过大将造成诸多危害：①使电能利用率降低，电力系统设备产生附加能耗，同时增加了电气应力，影响设备安全稳定运行[1]；②大量分布式电源在公共连接点（point of common coupling, PCC ）集中被 接入，可能放大电网的谐波振荡；③在柔性直流输 电运行过程中，直流场持续的谐波扰动可能引发一 系列不稳定现象，从而影响系统的安全稳定运行； ④谐波还可能使得保护误动作，测量装置产生误差，甚至可能会对通信线路产生干扰，影响通信效果。 针对谐波产生的种种危害，我国在20世纪90年代就已经开展了谐波治理的相关研究，并制定了《电能质量：公用电网谐波》（GB/T 14549—93）国家标准对公共电网谐波允许值进行了限制。此后对电力系统进行谐波治理，改善电能质量成为一项持续而长久的工作。有源电力滤波器（active power filter, APF ）是一种能够动态抑制谐波、全面改善电能质量的电力电子装置，谐波电流的精确、实时检测直接影响其动态抑制的效果。 对谐波信号进行高精度、实时地检测是谐波治 福建省自然基金项目（2017J01480） 国网福建省电力有限公司科技项目（52130416001P ）

电力谐波的检测和治理

随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。 一、电力系统谐波危害 ①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。 ②谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。 ③谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。 ④谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。 ⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。 ⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 ⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。 ⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。 二、谐波检测方法 1.模拟电路 消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏

电力系统谐波管理暂行规定

电力系统谐波管理暂行规定 SD126～84 第一章总则 第一条电力系统中的谐波主要是治金、化工、电气化铁路等换流设备及其他非线性用电设备产生的。随着硅整流及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备及用户用电设备带来严重危害。为保证向国民经济各部门提供质量合格的50赫兹电能，必须对各种非线性用电设备注入电网的谐波电流加以限制，以保证电网和用户用电设备的安全经济运行，特制订本规定。 第二条本规定适于电力系统以及由电网供电的所有电力用户。 第三条电网原有的谐波超过本规定的电压正弦波形畸变率极限值时，应查明谐波源并采取措施，把电压正弦波形畸变率限制在规定的极限值以内。在本规定颁发前已接入电网的非线性用电设备注入电网的谐波电流超过本规定的谐波电流允许值时，应制订改造计划并限期把谐波电流限制在允许范围以内。所需投资和设备由非线性用电设备的所属单位负责。 第四条新建或扩建的非线性用电设备接入电网，必须按本规定执行。如用户的非线性用电设备接入电网，增加或改变了电网的谐波值及其分布，特别是使与电网连接点的谐波电压、电流升高，用户必须采取措施，把谐波电流限制在允许的范围内，方能接入电网运行。 第五条进口设备和技术合作项目亦应执行本规定。但如对方的国家标准或企业标准的全部或部分规定比本规定严格，则应按对方较严格的规定执行。 第六条谐波对通讯等的影响应按国内有关规定执行。 第七条用户用电设备对谐波电压的要求较本规定的电压正弦波畴变率极限更严格时，由用户自行采取限制谐波电压的措施。 第二章电压正弦波形畸变率极限值和谐波电流允许值 第八条电网中任何一点的电压正弦波形畴变率均不得超过表1规定的极限值。 表1 电网电压正弦畸形畸变率极限值(相电压)

有源电力滤波器中的谐波检测电路设计

有源电力滤波器中的谐波检测电路设计 摘要：针对现在有源电力滤波器中谐波检测的缺陷，设计出一种基于DSP、AD756和MAX260等硬件相结合的谐波检测电路。分析了ip-iq谐波电流检测算法，并且在硬件上实现。介绍了硬件结构原理，给出硬件设计框图和谐波检测各部分的程序流程，并研制出谐波检测电路。实验结果验证了谐波检测的快速性和准确性，系统运行稳定可靠，有较好的应用前景。关键词：谐波检测；TMS320F2812；AD7656；PLL；MAX260；C8051F330 对于有源电力滤波器(APF)而言，实时准确地检测出谐波电流是非常关键的，它的快速性、准 确性、灵活性以及可靠性直接决定APF的补偿性能。设计的谐波检测电路检测出的多路模拟信号会有一定的延迟性，这会大大影响APF计算谐波的精确性和准确性。本文中谐波检测装置所用的AD7656具有6路同步采样特性，克服了测量结果之间延迟的缺点，使得测量精度高。以上优点弥补了目前APF中谐波电流检测技术的缺陷，而且抗混叠滤波器、隔离放大器、过零检测电路、锁相倍频电路的设计增强了检测的精确性。1 装置整体运行原理及相关算法1．1 装置运行原理图1为并联型有源电力滤波器的原理结构框图。图中，交流电网对非线性负载电，非线性负载为谐波源，产生谐波并且消耗无功功率。有源电力滤波器由4部分组成：谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、主开关器件驱动电路和主电路。谐波电流检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq算法，根据有源电力滤波器的补偿目的检测出负载电流中的谐波分量，同时还要检测直流侧母线电容电压。然后将这些信号输入电流跟踪控制电路，通过控制算法生成一系列PWM信号，以此作为补偿电流的指令信号。这些信号经过电平转换后输入主开关器件驱动电路，驱动主电路中的主开关器件。此时，APF 产生并向电网注入补偿电流，该电流与非线性负载电流相位相反，幅值为负载

电力系统中的谐波检测及谐波抑制-最新年文档

电力系统中的谐波检测及谐波抑制 刖言 随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大。 电网中电力电子原件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。目前, 谐波于电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，演技和清除供配电系统中的高次谐波, 对于改善供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。 、电力系统谐波危害 ①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了 发电、输电及用电设备的效率。 ②谐波会影响电气设备的正常工作, 使电机产生机械振动和 噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热, 绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。 ③谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十 倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。 ④谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。 ⑤谐波会使电气测量仪表不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。 ⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪音，境地通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 ⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或

死机。 ⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪音干扰和图像紊乱。 二、谐波检测 1. 模拟电路 消除谐波的方法很多，既有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为现金的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感，故使其基波复制误差很难控制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制 性能。 2. 傅立叶变换 利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力系统的谐波分析，目前大都是通过该方法实现的，离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D 转换得到的数字信号，设待测信号为x(t), 采样间隔为t 秒，采样频率=1/t 满足采样定理，即大于信号最高频率分量的2 倍，则采样信号为x(n t) ，并且采样信号总是

有源电力滤波器参考文献

重庆科技学院学生毕业设计（论文） 文献综述 题目有源电力滤波器技术 院（系）电子信息学院 专业班级自普本05 学生姓名金涛学号2005441140 指导教师（签字）

有源滤波技术文献综述 摘要: 随着各种功率器件的广泛应用，大量的谐波和无功电流注入电网，引起电网污染，造成电网电能质量问题日益严重但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变。过去，国内外大量采用无源滤波装置来进行谐波抑制和无功补偿，提高功率因数。但无源滤波装置也存在着自身无法克服的不足和缺陷，有源电力滤波器由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。 关键词：有源电力滤波器逆变器 1 引言 随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域，近年来配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉等非线性负荷不断增加，这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用特性，使电网中暂态冲击、无功功率、高次谐波及三相不平衡问题日趋严重，对公用电网的供电质量造成了严重影响，因此，消除电网中的谐波污染已成为电能质量研究中的一个重要课题。 有源电力滤波器(APF)是一种消除电网谐波的有效装置，具有高度可控和快速响应的特性，它不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点。其滤波特性不受系统阻抗的影响，同时还具有自我适应功能，可自动跟踪补偿变化的谐波。

有源滤波技术现状 有源电力滤波器的基本工作原理是由HSasaki和HMachida于1971年首先提出的[1]。他们首次提出了有源滤波器的原始结构模型，并建立了有源滤波器的基本理论。他们提出的有源电力滤波器向电网注入一个与负载谐波电流 幅值相等、相位相反的电流，从而抵消了电网中的谐波电流。但由于当时是采用线性放大的方法产生小补偿电流，其损耗大，成本高，因而仅在实验室研究，未能在工业中实用。1976年，LGyugyi和ECStyaula提出了用PWM逆变器构成的有源电力滤波器[2]。这些采用PWM逆变器构成的有源电力滤波电路现已成为有源电力滤波器的基本结构。20世纪80年代，随着电力电子技术和PWM控制技术的发展，对有源电力滤波器的研究逐渐活跃起来，成为电力电子技术领域的研究热点之一。1983年赤木泰文等人提出的“三相电路瞬时无功功率理论”[3]极大的推动了有源电力滤波器的发展及其工 程应用。 在国外，有源电力滤波器已开始在工业和民用设备上得到广泛使用，并且谐波补偿的次数逐步提高，有的可以高达25次谐波；单机装置的容量逐步提高。如在日本和美国，应用领域可以接受的APF的容量已增加到50MVA，其应用领域从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的 方向发展。

电力系统的谐波产生的原因

电力系统的谐波产生的原因电网谐波来自于3个方面： 一是发电源质量不高产生谐波： 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。 二是输配电系统产生谐波： 输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。 三是用电设备产生的谐波： 晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，最大可达45%。 气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。 家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。 供电系统的无功补偿及谐波治理 在供电系统中，为了节能降损、提高电压质量和电网经济运行水平，经常采用各种无功补偿装置。近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、各种电力电子设备以及电