谐波的危害:大规模应用的电力电子设备,产生的谐波对电网造成了严重污染[2],其危害日趋严重,主要表现在:
(1)谐波会使电网中的元件产生额外的功率损耗,降低发电、输电及用电的效率;
(2)谐波会使电网中电机、变压器、电容器等设备发热,影响其正常工作;
(3)谐波会导致继电保护装置的拒动或误动,致使电气测量仪表的计量不准确;
(4)谐波会对附近的通信系统产生干扰,降低其通信质量;
(5)谐波会引发电网中局部的串联谐振和并联谐振,导致谐波放大,危及供电安全。
1.2 谐波的抑制措施
目前抑制谐波主要有两种途径,分别是主动型和被动型。主动型是指从电力系统本身出发,研发不产生谐波的设备;被动型则是指在电力系统或谐波负载的交流侧加装无源滤波器、有源电力滤波器或混合型有源电力滤波器,从而达到滤除谐波的效果。
(1) 无源滤波器(Passive Filter—PF)
PF,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。谐波补偿装置的传统手段就是使用PF,它具有结构简单、成本低廉、技术成熟等优点,但是具有以下不足之处:只能对特定的谐波进行滤除;滤波特性明显依赖于电网参数;滤波效果容易受到系统参数的影响;补偿效果不是很理想;可能与系统阻抗发生谐振,使谐波放大,进一步影响电网供电质量。
(2) 有源电力滤波器 (Active Power Filter—APF)
APF是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿,之所以称为有源,是相对于无源LC滤波器,只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言,APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离,控制并主动输出电流的大小、频率和相位,并且快速响应,实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功和不平衡。
(3) 混合型有源电力滤波器 (Hybrid Active Power Filter —HAPF)
虽然APF具有良好的补偿性能,但是,由于交流电源的基波电压是直接施加到变流器上的,且滤波电流基本由变流器提供,因此对变流器容量有较高的要求。为克服这一缺陷,可以将APF与PF混合使用,设计构成HAPF。其基本思想是利用PF来分担有源电力滤波器的大部分滤波任务。两者结合同时使用,既可克服APF容量大、成本高的缺点,又可使整个系统获得良好的性能。
1.3 本论文的研究内容
随着现代电力工业的迅猛发展,大量非线性负荷投入电网使用,产生了大量的谐波,电能质量问题引发的安全事故越来越多,这给电网设备带来了极大的安全隐患,从而导致较大的人生事故和经济损失。应运而生的混合型有源电力滤波器,在电网中得到了广泛的应用。
谐波的检测是混合型有源电力滤波器的首要任务,本论文在研究谐波检测方法的基础之上,对基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法进行了深入的研究,并在MATLAB中建立了相应的谐波检测仿真模型。源`自,751`.论"文'网[www.751com.cn
2 混合型有源电力滤波器的结构和原理
2.1 无源滤波器
(1) 无源滤波器的结构
无源滤波器是由滤波电感器、滤波电容器以及电阻器组合而成的,与谐波电流源并联。由于在谐波频率处滤波电感器和滤波电容器能发生串联谐振,其阻抗相对谐波电流很小,因此能起到吸收由谐波源产生的谐波的作用。无源滤波器依据调谐频率来划分,可分为单调谐滤波器、双调谐滤波器、三调谐滤波器和 C 型滤波器等