變換器的諧波抑制

1、變換器的諧波抑制匯報(bào)人：邵立偉匯報(bào)人：邵立偉 2015-02- 2015-02-？諧波問題主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)的研究進(jìn)展被動(dòng)式諧波抑制技術(shù)的研究進(jìn)展電力電子裝置諧波抑制問題研究發(fā)展結(jié)語2/20變換器的諧波抑制2 增加了電網(wǎng)中各種設(shè)備的容量和附加損耗，效率和利用率降低； 影響各繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作、測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確性； 可引起電力系統(tǒng)局部發(fā)生諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備的燒毀； 干擾通信系統(tǒng)的工作； 對(duì)電氣設(shè)備會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲、過電壓等危害，使變壓器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化，壽命縮短，甚至發(fā)生故障。諧波問題1 由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和各種電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，諧波源數(shù)量不斷增

2、加，電網(wǎng)電流和電壓的畸變率不斷上升，使得電力系統(tǒng)的諧波污染問題日益嚴(yán)重，得到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。 危 害變換器的諧波抑制35/20諧波的抑制方法2變換器的諧波抑制46/20 主要應(yīng)用對(duì)象是：電力電子裝置主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)2 對(duì)電力電子裝置進(jìn)行技術(shù)改造，通過適當(dāng)?shù)目刂品桨甘沟帽旧聿浑妷汉碗娏髦C波，也稱作單位功率因數(shù)變流器，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就考慮減少和抑制諧波措施 是一種積極的節(jié)能降耗的措施，經(jīng)濟(jì)效益大，因而對(duì)它的研究也成為電力電子領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。諧波的抑制方法諧波的抑制方法57/20 多脈波整流（ MPR ）技術(shù)是大功率整流系統(tǒng)抑制諧波的主要方法之一 。 相對(duì)于 PWM 整流器， MPR 具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單

3、 、 成本低 、 可靠性高等優(yōu)點(diǎn) ， 在大功率整流系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。多脈波整流技術(shù)212脈波整流系統(tǒng)隔離式非隔離式2 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)67/20 MPR 是指由三相電路供電的變換器每周期直流側(cè)輸出電壓脈波數(shù)多于 6 個(gè)的整流系統(tǒng)， 其顯著特點(diǎn)是通過移相多重聯(lián)移相多重聯(lián)結(jié)結(jié)多個(gè)全橋或半橋整流電路對(duì)同一直流負(fù)載供電， 使一個(gè)整流電路產(chǎn)生的諧波可以被其他整流電路產(chǎn)生的諧波所抵消 。 增加整流重?cái)?shù)增加整流重?cái)?shù)，波形越接近正弦波，通過采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，可以大大減少相控整流器產(chǎn)生的諧波；當(dāng)然電路結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。 哈哈工大對(duì)這方面研究相對(duì)較多工大對(duì)這方面研究相對(duì)較多；同時(shí)文獻(xiàn)4指出進(jìn)一步提高系統(tǒng)諧波抑

4、制能力和降低成本是多脈波整流技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)。多脈波整流技術(shù)22 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)77/20 文獻(xiàn)4 概述了基于移相變壓器移相變壓器和移相電抗器移相電抗器的多脈波整流技術(shù)（MRP）的研究進(jìn)展，并且分析多脈波整流系統(tǒng)中直流側(cè)諧波抑制方法的研究現(xiàn)狀。 文獻(xiàn)5也將多脈波整流技術(shù)與整流器直流側(cè)諧波抑制技術(shù)結(jié)多脈波整流技術(shù)與整流器直流側(cè)諧波抑制技術(shù)結(jié)合合，設(shè)計(jì)了一種基于直流側(cè)有源諧波抑制技術(shù)的饋能式六相整流系統(tǒng)。 文獻(xiàn)7為抑制輸入電流中的非特征次諧波 ， 提出了諧波抑諧波抑制電抗器和相間制電抗器和相間電抗器電抗器相結(jié)合相結(jié)合的 12 脈波整流系統(tǒng) ，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 對(duì)稱性好 。 文獻(xiàn)9提出了一種

5、新型的 12 脈波自耦變壓整流器應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中抑制諧波。多脈波整流技術(shù)22 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)8變 換 器 的 諧 波 抑 制7/20 中小功率的變流器中：PWM 整流器對(duì)諧波和無功同時(shí)具有抑制和補(bǔ)償功能。 對(duì)于電流型PWM整流器，可以直接對(duì)電力電子器件進(jìn)行PWM控制，使得輸入電流接近正弦波且和電源電壓同相位。 對(duì)于電壓型PWM整流器，需將整流器通過電感與電源相連以控制電感中的電流1,35。PWM整流技術(shù)22 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)97/20 文獻(xiàn)54 提出了一種并網(wǎng)型三相PWM變換器諧波抑制正負(fù)序同步信號(hào)的檢測(cè)方法。PWM整流技術(shù)22 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù) 文獻(xiàn)11也對(duì)于PWM整流器的諧波抑

6、制和無功補(bǔ)償進(jìn)行了分析和研究。 文獻(xiàn)12提出了在輸入電壓含諧波情況下，應(yīng)用于Z源AC/AC變換器的諧波消除PWM技術(shù)，可有效抑制輸入電壓中的低次諧波電壓。107/20 中小功率設(shè)備：應(yīng)用廣泛、諧波源難以集中治理，一般采用在整流橋和濾波電容之間插入一個(gè)電流整流器（也稱功率因數(shù)矯正器）。功率因數(shù)校正技術(shù)22 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù) APFC 已廣泛應(yīng)用于各類電力電子裝置中 ，成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一 。浙大、南航研究較多。 單周期控制、數(shù)字式控制16-22 大功率電源：并聯(lián)交錯(cuò)23-27 無橋PFC 28-3311 單周期控制無橋PFC 特點(diǎn)：沒有整流橋，減少了電流流經(jīng)功率半導(dǎo)體的數(shù)量； 目

7、的：為了進(jìn)一步減少導(dǎo)通損耗提高變換器轉(zhuǎn)換效率；功率因數(shù)校正技術(shù)22 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)基本型的無橋PFC電路12 單周期控制無橋PFC 文獻(xiàn)28-33對(duì)無橋無橋PFC的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了一些新型的無橋PFC結(jié)構(gòu)；由于單周期控制單周期控制的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，許多文獻(xiàn)均將單周期控制方法應(yīng)用到無橋PFC中。功率因數(shù)校正技術(shù)22 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù) 同時(shí)這種無橋PFC也存在一些缺點(diǎn)，文獻(xiàn)33也對(duì)提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)方法。13 當(dāng)然方法已經(jīng)不僅僅局限于運(yùn)用單一方法來解決電力電子設(shè)備諧波問題，而是融合一起，使得各方案優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 文獻(xiàn)6設(shè)計(jì)了交錯(cuò)并聯(lián) Boost PFC 電路對(duì)用于12脈波整流器中的AI

8、PR 原邊電流進(jìn)行調(diào)制，以降低系統(tǒng)交流側(cè)輸入電流諧波；并驗(yàn)證了該方法在大功率場(chǎng)合諧波抑制的有效性。 文獻(xiàn)34也研究了基于APFC的PWM單相整流器，實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)的校正，輸入電流諧波控制在合理的范圍內(nèi)。主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)22 主動(dòng)式諧波抑制技術(shù)147/20 盡管對(duì)單位功率因數(shù)變流器的研究是積極主動(dòng)的方法,但對(duì)于龐大容量的電力系統(tǒng)而言, 運(yùn)用電力濾波器是不可或缺的諧波治理手段；特別是先進(jìn)的有源濾波技術(shù)更具有重大的理論和工程現(xiàn)實(shí)意義。 主要應(yīng)用在：電網(wǎng)主結(jié)構(gòu)中被動(dòng)式諧波抑制技術(shù)3諧波的抑制方法 無源電力濾波器（PPF） 有源電力濾波器（APF） 混合型電力濾波器（HAPF）157/20 PPF一

9、直是傳統(tǒng)補(bǔ)償諧波和無功的主要手段，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。無源電力濾波器（PPF）33 被動(dòng)式諧波抑制技術(shù) 但是：對(duì)電網(wǎng)的頻率的變化敏感、阻抗嚴(yán)重，電網(wǎng)頻率的偏移會(huì)導(dǎo)致濾波性能大幅下降；此外PPF是由大容量的由大容量的電抗器電抗器L和電容器和電容器C構(gòu)成構(gòu)成，體積大， 因此PPF有被效率高、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償特性好的有源電力濾波器取代的趨勢(shì)35。16 APF是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波和補(bǔ)償無功功率的新型電力電子裝置, 主要理論基礎(chǔ)是三相電路瞬時(shí)無功功率理論三相電路瞬時(shí)無功功率理論。有源電力濾波器（APF）33 被動(dòng)式諧波抑制技術(shù) 基本工作原理：檢測(cè)負(fù)載電流的諧波電流分量，然后產(chǎn)生一個(gè)與該諧

10、波電流分量幅值相等、方向相反幅值相等、方向相反的補(bǔ)償電流以相互抵消，使得電網(wǎng)電流只含基波分量，重新成為正弦電流35-36。177/20有源電力濾波器（APF）33 被動(dòng)式諧波抑制技術(shù)187/20有源電力濾波器（APF）33 被動(dòng)式諧波抑制技術(shù) 廣泛應(yīng)用的是并聯(lián)型并聯(lián)型APF，它主要用于補(bǔ)償電網(wǎng)電流諧波、負(fù)載無功和提高電網(wǎng)功率因數(shù)，其補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗變換的影響，是一種較為理想的補(bǔ)償裝置。串聯(lián)型APF并聯(lián)型APF19有源電力濾波器（APF）33 被動(dòng)式諧波抑制技術(shù) 目前, APF是電網(wǎng)諧波補(bǔ)償和無功補(bǔ)償?shù)臒狳c(diǎn)之一，許多高校對(duì)都APF有研究，比如南航、浙大、合工大等，提出了許多諧波檢測(cè)的方法，同

11、時(shí)也研制了一些樣機(jī)。 對(duì)APF的諧波補(bǔ)償和無功補(bǔ)償主要集中在： 1）諧波分量的檢測(cè)方法研究；）諧波分量的檢測(cè)方法研究； 2）APF的控制策略研究的控制策略研究20有源電力濾波器（APF）33 被動(dòng)式諧波抑制技術(shù) 文獻(xiàn)36-42等都對(duì)APF進(jìn)行了詳細(xì)分析和濾波器的研制。相較于傳統(tǒng)的基于瞬時(shí)無功功率理論諧波檢測(cè)方法，提出了一些行的檢測(cè)方法和控制策略，如同時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流和電源電流的前饋加反饋控制策略,離散傅里葉檢測(cè)方法，滑膜解耦控制等。 文獻(xiàn)41但對(duì)于數(shù)字式數(shù)字式大容量并聯(lián)型APF的選擇性諧波樸償選擇性諧波樸償方法方法進(jìn)行了詳細(xì)分析和研究，提出了一種的頻率自適應(yīng)的帶通濾波器的諧波檢測(cè)方法；同時(shí)文獻(xiàn)3

12、0 也實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了選擇性諧波補(bǔ)償?shù)男Ч岣吡薃PF補(bǔ)償?shù)撵`活性，便于實(shí)際應(yīng)用。 也有文獻(xiàn)43 為改進(jìn)APF的效果，設(shè)計(jì)了以APF為核心同時(shí)結(jié)合TSC進(jìn)行無功諧波綜合補(bǔ)償?shù)目刂品椒ǖ取?1有源電力濾波器（APF）33 被動(dòng)式諧波抑制技術(shù) 由于APF的目前成為補(bǔ)償諧波和無功的最為有效的方法之一，也有文獻(xiàn)44-45將其應(yīng)用于工頻電網(wǎng)之外的航空400Hz電源系統(tǒng)、超大功率開關(guān)電源等方面。 文獻(xiàn)46也對(duì)廣義有源電力濾波器（GAPF）進(jìn)行了詳細(xì)研究，提出了一些改進(jìn)方法。GAPF采用電流間接控制，可以在不需要檢不需要檢測(cè)負(fù)載電流測(cè)負(fù)載電流的情況下有效地實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償、諧波抑制、負(fù)序?yàn)V波及穩(wěn)定電壓（抑制系統(tǒng)電壓

13、跌落和閃變）等功能，相較于傳統(tǒng)APF具有優(yōu)勢(shì)。22電力電子裝置諧波抑制問題研究發(fā)展47/20 隨著電能質(zhì)量意識(shí)的增強(qiáng)，諧波主動(dòng)抑制技術(shù)得到越來越多的重視，也在許多新的應(yīng)用方向做了深入研究。 許多文獻(xiàn)分別在如下方面就如何有效的進(jìn)行諧波抑制展開研究： 有源電力濾波器APF (風(fēng)力、光伏、燃料)并網(wǎng)變流器變換器的諧波抑制23并網(wǎng)變流器47/20 隨著新能源發(fā)電容量占整個(gè)電力系統(tǒng)的比重逐漸增大，分布式發(fā)電電能質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)的影響越來越受到關(guān)注。4 電力電子裝置諧波抑制問題研究發(fā)展24 入網(wǎng)電流諧波抑制技術(shù)將可能是新的研究熱點(diǎn)。 并網(wǎng)變換器負(fù)責(zé)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池等新能源與電網(wǎng)之間的能量交換，居于發(fā)

14、電系統(tǒng)的核心。 解決諧波干擾問題是并網(wǎng)變換器研究的重要方面之一 浙大、南航和哈工大等也在風(fēng)電和光電并網(wǎng)逆變器都有較多研究，提出和采用一些控制策略和諧波抑制的方法。并網(wǎng)變流器47/20 文獻(xiàn)51-60等均就風(fēng)電風(fēng)電并網(wǎng)并網(wǎng)逆變器逆變器在諧波電流檢測(cè)、諧波抑制和控制方法展開深入研究。 詳細(xì)分析了其諧波產(chǎn)生的原因，提出了一些新興的諧波檢測(cè)方法和控制抑制策略，比如LMS自適應(yīng)檢測(cè)方法、實(shí)時(shí)電流跟蹤諧波抑制方法、同步坐標(biāo)變換諧波電流檢測(cè)、準(zhǔn)PR控制、重復(fù)控制、單周控制、虛擬阻抗控制策略等。 通過分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了運(yùn)用這些控制策略可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)諧波分量的有效抑制，得到良好的電流控制波形，改善并網(wǎng)電能質(zhì)量。4

15、電力電子裝置諧波抑制問題研究發(fā)展25并網(wǎng)變流器47/20 文獻(xiàn)51也對(duì)燃料電池燃料電池發(fā)電中的并網(wǎng)逆變器進(jìn)行了相關(guān)研究；文獻(xiàn)61-62研究了一種采用輸出電流閉環(huán)控制的有源鉗位反激式光伏微型并網(wǎng)逆變器光伏微型并網(wǎng)逆變器，有效抑制了諧波，改善了電流波形。4 電力電子裝置諧波抑制問題研究發(fā)展26 與此同時(shí)，由于并網(wǎng)逆變器與APF有相似的主拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，因此有文獻(xiàn)63-66也在逆變器的控制系統(tǒng)中加入了APF對(duì)諧波抑制與補(bǔ)償?shù)南鄳?yīng)控制算法，以綜合治理諧波。其他47/201、多電平變換器4 電力電子裝置諧波抑制問題研究發(fā)展27 多電平拓?fù)洌簽榱藢?shí)現(xiàn)多電平輸出，使變換器能夠應(yīng)用于更高電壓等級(jí)的場(chǎng)合，其實(shí)同時(shí)也改

16、善了波形形狀，提高其實(shí)同時(shí)也改善了波形形狀，提高輸出電壓輸出電壓的的諧波性能。諧波性能。 目前多電平變換器研究中，模塊化多電平變換器(MMC)得到了很多的關(guān)注和研究；其中浙大、中南大學(xué)和南航等研究較多68-72 2、電動(dòng)汽車充電站、軌道交通等的諧波治理問題 隨著電動(dòng)汽車、城市軌交的發(fā)展，其對(duì)于電網(wǎng)的影響問題特得到關(guān)注，特別是諧波污染的治理問題，相關(guān)文獻(xiàn)也對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)分析研究73-75,76-78總結(jié)51、諧波抑制主要包括研究單位功率因數(shù)變流器的主動(dòng)型主動(dòng)型和裝設(shè)補(bǔ)償和吸收裝置被動(dòng)型被動(dòng)型抑制方案。28變換器的諧波抑制2、主動(dòng)型諧波抑制：有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正APFC 被動(dòng)型諧波抑制

17、：有源電力濾波器有源電力濾波器APF研究較多，是電網(wǎng)諧波抑制方案的熱點(diǎn)。3、并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)逆變器隨著風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池等分布式發(fā)電方式的迅速發(fā)展而得到較多關(guān)注，入網(wǎng)電流諧波抑制技術(shù)將可能是新的研究熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn)67/201 王兆安,楊君,劉進(jìn)軍. 諧波抑制和無功功率補(bǔ)償M. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.2 翁利民. 電力電子技術(shù)與諧波抑制, 無功功率補(bǔ)償技術(shù)研究綜述J. 電力電容器, 2004 (3): 6-10.3 韓龍飛.諧波抑制與并聯(lián)混合有源濾波器的關(guān)鍵技術(shù)D. 浙江大學(xué), 2007.4 孟凡剛, 楊世彥, 楊威. 多脈波整流技術(shù)綜述J. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2012, 32(2

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