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4.3 无源滤波器改进后的仿真分析 42
4.4 本章小结 . 53
结论 54
致 谢 55
参考文献 56
1 1 1 1 绪论绪论绪论绪论
1.1 1.1 1.1 1.1 本课题的研究目的及意义 本课题的研究目的及意义 本课题的研究目的及意义 本课题的研究目的及意义
电力系统的谐波问题早在 20 世纪 20 年代和 30 年代就引起了人们的注意，
美国电力公司将传输线路的故障与谐波问题联系起来 ， 并观测电压和电流的波形
畸变现象 ， 同时期在德国 ， 由于静止汞弧变流器的使用 ， 造成了电压与电流波形
畸变。到了 50 年代和 60 年代，随着高压直流输电技术的发展，一些学者发表
了大量有关变流器引起电力系统谐波问题的论文。 70 年代以来，随着电网中整
流器 、 变频调速装置 、 电弧炉 、 电气化铁路以及各种电力电子设备用量不断增加 ，
这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对供电质量造成更加敏感 ， 对
供电质量提出了更高的要求 。 因此 ， 研究和开发适应这一要求的谐波抑制和无功
功率补偿技术已成为电力、电工领域的研究热点之一。
目前，解决谐波问题的措施可分为三类，其一是采用无源电力滤波器
( Passive Power Filter ，简称为 PPF) 的低阻特性对畸变源进行滤波；其二是
采用有源电力滤波器（ Active Power Filter ，简称为 APF ） ，有源滤波器作为一
种理想的谐波电流发生源 ， 产生与畸变源大小相等方向相反的谐波电流以抵消其
畸变分量 ， 从而使电源电流波形成为正弦波 ； 最后 ， 是通过改造电力电子装置本
身去治理谐波畸变 。 其中 ， 无源电力滤波器 、 有源电力滤波器对各种谐波源都是
适用的，而改造谐波源的方法，只适用于本身为主要谐波源的电力电子装置。
在无源滤波器的设计中，对 LC 元件参数的优化是关键，同时在有源与无源
滤波器相结合的混合式滤波器中 ， 为了降低有源滤波器的安装容量 ， 同样存在着
对 LC 参数的优化问题 。 无源滤波器设计通常并不复杂 ， 但其设计却需要考虑多
种经济技术和安全因素 ， 单凭一个指标难以评价设计质量的优劣 ， 在实际工程设
计中应综合考虑各个指标，是典型的多目标、非线性优化问题；若处理不当 ， 极
易造成滤波效果不佳 、 初期投资增加 、 系统无功功率过补偿等不良后果 ， 甚至导
致无源滤波器与电网阻抗发生串 、 并联谐振而造成损坏 ， 加之电网电抗及频率摄
动以及滤波装置投切瞬间浪涌电流的作用 ， 极可能使电网中谐波放大 ， 可能造成
某次滤波通道烧毁 、 甚至整个滤波装置自身难以投切的严重后果 。 因此 ， 研究无
源滤波器 ， 并对其参数进行设计具有重要的理论价值和现实意义 。 同时设置限流
电抗器也会有效发挥滤波器的作用，减少电源侧系统的工况对滤波器的影响。
1.2 1.2 1.2 1.2 电力系统无源滤波器的国内外研究现状及趋势 电力系统无源滤波器的国内外研究现状及趋势 电力系统无源滤波器的国内外研究现状及趋势 电力系统无源滤波器的国内外研究现状及趋势 [1,4] [1,4] [1,4] [1,4]
无源滤波器是目前应用最为广泛的电网谐波治理装置 。 根据当前无源滤波器
的工作运行电压等级 ， 我们可以将无源滤波器分为中小型滤波器和大型滤波器两
类 ， 此外 ， 随着科学技术的不断发展 ， 由无源滤波器和有源滤波器结合组成的混
合型滤波器 (Hybrid Active Power Fi lt er ，简称 HAPF) 也慢慢进入到实际工程