DSP有源电力滤波器设计硬件部分(2)

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由此谐波的研究和治理问题也开始引起人们的广泛关注，谐波的管理、分析和治理被摆到了十分重要的地位。谐波问题包括谐波分析、谐波检测和谐波抑制等方面，有效的抑制谐波已经成为保证电网安全、高质量运行的必要措施之一。解决谐波问题的主要途径有两种：一是对电力电子设备自身进行改进；二是对电网进行谐波补偿。本文主要研究方向就是对电网进行谐波补偿。

1.1谐波的产生

在理想的供电系统中，电压和电流都是正弦波。在只含线性元件(电阻、电容及电感)的简单电路里，电流与施加电压成正比，电流为正弦波。用傅立叶分析其原理，可以把非正弦曲线信号分解为基本部分和它的倍数。

　　在电力系统中，非线性负载是谐波产生的根本原因。当电流流经负载时，与施加的电压不成线性关系，就会形成非正弦电流，即是电路中有谐波产生。因半导体晶闸管的开关操作、二极管和半导体晶闸管的非线性特性所致，电力系统的某些设备如功率转换器的波形会较大的背离正弦曲线。

　　功率转换器的脉冲数影响谐波电流的产生。6脉冲设备仅有5、7、11、13、17 ….n倍于电网频率。变换器脉冲数越高，使最低次的谐波分量频率次数就越高。

　　这样的非正弦曲线电流在供电网络阻抗(电阻) 下会导致一个非正弦曲线的电压降。其产生的谐波电压的振幅等于谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。次数越高，谐波分量振幅越低。

只要哪里有谐波源那里就有谐波产生。也可能，谐波分量通过供电网络到达用户网络。例如，供电网络中一个用户工厂可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。

所有的非线性负载都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、调速传动装置、电子荧火灯镇流器、磁性铁芯设备、不间断电源(UPS)及某些家用电器如电视机等。

1.2 谐波的危害

谐波的危害：电力电子设备的大规模应用，产生的谐波对电网造成严重污染，由于谐波产生的各种故障和事故也不断发生，人们越来越觉得谐波危害的严重性。谐波对电力系统和电网的危害有：

(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) 谐波会造成公用电网中局部的串并联谐振，会使谐波放大；文献综述

(4) 谐波会导致电气测量仪表计量失准，会使继电保护装置和自动装置误动作。

(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

谐波的治理主要有两条途径：一是主动治理，从谐波源本身出发，使谐波源不产生谐波或是降低谐波源产生的谐波，这只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，如PWM整流技术和有源功率因数校正技术；二是被动治理，即设置谐波补偿装置，抵消谐波源注入电网的谐波，如各种无源、有源滤波器，这对各种谐波源都适用。

电力系统中传统的补偿谐波和无功的装置是LC无源电力滤波器，LC无源电力滤波器因其既可以补偿无功，又可以抑制谐波而一直被广泛应用。它具有结构简单，投入费用低，运行成本低，在很宽的频率范围内呈现为低阻抗，能抑制多个频率的谐波，在吸收高次谐波的同时补偿无功功率，还具有改善负载功率因数的功能。但由于结构原理上的原因，LC无源电力滤波器同样也存在着滤波补偿特性依赖于电网和负载参数、LC参数漂移会导致滤波特性的改变、重量大、体积大和容易同系统发生谐振的缺点。