谐波的危害:理想的电网电压应该是单一而固定的频率以及一定的电压幅值,出现谐波对公用电网是一种污染,它使电力系统中其它负荷的用电环境恶化,并且对周围的通信产生干扰,谐波的危害主要表现在以下几个方面[1]:
(1)由于谐波损耗的存在,使得各用电设备的用电效率降低,同时三次谐波过多易烧毁电路,甚而造成火灾。
(2)谐波会造成电气设备的工作异常。谐波会造成线路绝缘老化、设备过热(例如变压器局部过热)、元器件寿命缩短甚至损坏,电机有噪声,机械振动等一系列问题。
(3)谐波会使公用电网发生局部的串、并联谐振,使谐波变大。
(4)谐波会致使测量仪表的计量误差加大,使继电保护设备和自动设备误动作。
(5)谐波会干扰通讯信号,会降低信号质量,甚而导致信息丢失,使通讯系统工作失常。
1.3 谐波的治理
谐波给电力系统带来了诸多的危害,为保证公用电网的电能质量,防止谐波对电网中的电力设备造成不必要的损坏,除了国家相关部门对电网中允许的谐波畸变范围作出相应的规定外,还必须采取其他的一些措施来抑制谐波。总的来说,抑制谐波的主要措施包括以下两方面:一、升级电力电子设备自身,使其产生及少量乃至不产生谐波,功率因数近似为1;二、添加谐波补偿装置。本课题采用的是谐波补偿装置。
电网的污染必须由产生谐波污染的用户采取相应措施,限制其设备产生的谐波在规定值一下,在谐波源处安装滤波装置防止谐波电流注入电网。滤波装置大的安装原则是在谐波源附近地方将谐波电流吸收,且这种方法适用于各种谐波源。滤波装置主要有三大类:无源滤波器(LC滤波器)、有源电力滤波器(APF)和混合型有源电力滤波器(HAPF)。本文采取混合型有源电力滤波器的方式来补偿谐波。传统法是装有LC调谐滤波器,从而达到旁路谐波的目的。这种方法仍在广泛的使用中,但是因为电网阻抗和运行状态会影响它的补偿特性,很容易在电力系统中发生并联谐振,将谐波进一步放大,甚至使LC因过载而烧毁。混合型电力滤波器克服了传统方法的不足,它先经过检测设备检测出谐波电流,再由它产生一个与该谐波电流相位相反、大小相等的补偿电流,然后把电网中的谐波分量给滤除,让它只含有基波分量。相对于传统法而言,混合型电力滤波器的优点:它不但可以治理单个谐波,而且还可以治理多个谐波,且电网阻抗对其无影响,不易发生串并联谐振,也不会发生过载现象,而且还能够随着电网频率的改变,能够实时有效的进行补偿。而两者结合既克服了有源电力滤波器容量需求较大、投资成本高的缺点,还可使整个系统获得良好的补偿效果。当谐波的频率和大小都变化时,混合型有源电力滤波器依然可以对其进行良好的补偿,动态地抑制谐波,使电力滤波系统的性价比最优化,具有很好的发展前景,因此目前研究混合有源滤波器具有十分重要的意义。
1.4 本文主要研究内容源/自:751:;论-文'网www.751com.cn
(1)介绍了谐波产生、危害及其治理。
(2)介绍了各种滤波器的结构及工作原理,并深入讨论了HAPF。
(3)对HAPF的控制策略进行深入的研究。
(4)利用MATLAB对HAPF的电流控制与电压控制分别进行仿真,分析波形结果验证了其有很好的补偿特性,具有很好的滤波效果,值得广泛推广。
2 无源滤波器与有源电力滤波器论述
2.1 无源滤波器
无源滤波器(Passive Power Filter,PPF)也称为LC滤波器,它是由滤波电容器、电抗器和电阻器组合而成,由于它结构简单、成本低、适合大容量应用,目前被广泛的使用。