碩士學(xué)位論文電力系統(tǒng)諧波抑制及無(wú)功補(bǔ)償方法的研究

1、分類(lèi)號(hào)密 級(jí)U D C 單位代碼1碩士學(xué)位論文電力系統(tǒng)諧波抑制及無(wú)功補(bǔ)償方法的研究工程領(lǐng)域：電氣工程研究生：校內(nèi)指導(dǎo)教師：校外指導(dǎo)教師：年 月摘要隨著電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)化進(jìn)程得到飛速發(fā)展，由此引發(fā)的 電能質(zhì)量問(wèn)題也備受關(guān)注，尤其是阻感性負(fù)載的運(yùn)行過(guò)程給電網(wǎng)帶來(lái)的無(wú)功供應(yīng)和諧波 污染問(wèn)題。為了使電能質(zhì)量達(dá)到安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的要求，深入研究無(wú)功補(bǔ)償和諧波 抑制技術(shù)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。首先，針對(duì)電力系統(tǒng)的諧波和無(wú)功現(xiàn)狀，本文論證了諧波抑制和無(wú)功綜合裝置的可 行性，并分別對(duì)諧波的治理措施和無(wú)功補(bǔ)償原理進(jìn)行了深入研究，為諧波抑制和無(wú)功綜 合裝置的研究提供了理論依據(jù)。其次，對(duì)諧波和無(wú)

2、功電流的綜合檢測(cè)方法的性能進(jìn)行分析對(duì)比，重點(diǎn)研究了基于瞬 時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq檢測(cè)法，并在理論基礎(chǔ)上對(duì)這種檢測(cè)方法進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了 此方法的檢測(cè)速度快、精準(zhǔn)性高和實(shí)時(shí)性好等優(yōu)勢(shì)。最后，設(shè)計(jì)了以有源電力濾波器（APF為核心與靜止無(wú)功發(fā)生器（SVC聯(lián)合運(yùn)行 的綜合裝置，該裝置由結(jié)構(gòu)相同的多組晶閘管投切電容器 TSCffi呈H橋型連接的APF并 聯(lián)在電網(wǎng)上，通過(guò)TSC?口 APF的互補(bǔ)互利實(shí)現(xiàn)綜合治理的目的。同時(shí)，將此綜合裝置應(yīng) 用于錦州拓新電力電子有限公司的實(shí)驗(yàn)之中，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，驗(yàn)證了此 裝置在提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)定性方面具有更可靠、更速動(dòng)、更靈敏的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；

3、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償；諧波抑制；綜合補(bǔ)償控制策略；電流檢測(cè)方法；IIAbstractWith the wide application of power electronic technology in power system, the indutr- -ialization process to get rapid development, but much attention has been paid to power quality problems especially the process of inductive load resistance to the power grid t

4、o supply reactive power and harmonic pollution problem. In order to make the power quality reach the requirement of safe and reliable, high quality economic, so further study of reactive power compensation and harmonic suppression technology has far-reaching practical sign- -ificance.Firstly, accord

5、ing to current situation of power system harmonic and reactive power, this paper demonstrated the feasibility of harmonic and reactive power integrated compensation device, and the control measures of harmonic and reactive power compensation principle were studied, except that, the paperprovided a t

6、heoretical basis for the study of harmonic and reactive power compensation device and the comprehensive.Secondly, an analysis comparison between the harmonic and reactive current detection method of performance has been done , and especially we mainly studied ip-iq tests based on the instantaneous r

7、eactive power theory,and made asimulation about the detection methods based on the theory, we verified the advantages, the detection precision of the method and the real time.Finally, the design of active power filter (APF) as the core and the static reactive power generator (SVC) joint operation of

8、 comprehensive compensation device was made, the device by the structure of the sameset of TSC,Thethyristor for capacitor and the H bridge connection of APF was on the grid in parallel, achieving the goal of comprehensive compensation by TSCand APFs complementary and mutual benefit. At the sametime,

9、 the comprehensive compensation device was applying to jinzhou new power electronics Company.This device was verified in improving system dynamic performance and stability is more reliable, more quick, more sensitive, based on the experimental data processing and analysis.Key words: Power System; re

10、active power compensation; harmonic suppression comprehensive; compensation control strategy; the instruction current detection methodiiiIV TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 摘要 II HYPERLINK l bookmark6 o Current Document Abstract III HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1緒論

11、1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 課題研究的背景和意義 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 影響電能質(zhì)量的因素 1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)膰?guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 2綜合裝置的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 本論文的主要研究工作 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Docume

12、nt 2電網(wǎng)諧波分析及其抑制 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 諧波產(chǎn)生的危害及諧波標(biāo)準(zhǔn) 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 諧波治理的措施 7電網(wǎng)諧波治理措施和抑制方法 7有源電力濾波器的工作原理分析 9 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 諧波電流的分析與檢測(cè)方法 10諧波電流的檢測(cè)方法 10基于瞬時(shí)無(wú)功ip-iq算法的仿真 15 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 諧波抑制系統(tǒng)的控制方法

13、16 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 本章小結(jié) 17 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 3諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償 19 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 無(wú)功功率及其影響 19無(wú)功功率及無(wú)功電流的危害 19無(wú)功補(bǔ)償原理和補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展 20SVC補(bǔ)償?shù)脑砗吞攸c(diǎn) 22 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 諧波和無(wú)功存在的主要問(wèn)題 26 HYPERLINK l bookmark51 o Current

14、Document 諧波無(wú)功綜合裝置分類(lèi) 27 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 本章小結(jié) 29 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 4諧波無(wú)功綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 綜合裝置系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理 30 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document APF與TSC綜合系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的控制策略 31 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document AP

15、F與TSCg合系統(tǒng)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)方法 32 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 本章小結(jié) 33 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 5諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償綜合裝置的實(shí)驗(yàn) 34 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu) 34 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 計(jì)算APF的補(bǔ)償容量和輸出參數(shù) 34 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document APF與TS

16、疏合裝置的控制方法 37 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document APF與TS疏合裝置的實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 38 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 6結(jié)論與展望 44參考文獻(xiàn) 45致 ft 47VI1緒論遼寧工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論課題研究的背景和意義21世紀(jì)以來(lái)，全球工業(yè)化進(jìn)程飛速發(fā)展，人們開(kāi)始越來(lái)越關(guān)注保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能 源的課題，電力系統(tǒng)可以說(shuō)也是一種“環(huán)境”，也同樣面臨著污染方面的問(wèn)題。因此如何能令人類(lèi)使用安全可靠、質(zhì)量?jī)?yōu)良、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電能成為近年來(lái)的研究重點(diǎn)。國(guó) 家早在十一五規(guī)劃綱要中就明確提出

17、，要通過(guò)開(kāi)發(fā)推廣新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的戰(zhàn)略 決策。目前全球基本上將節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域放在工業(yè)、交通這兩個(gè)與人們生活息息相關(guān) 的方面，其中工業(yè)是側(cè)重點(diǎn)。工業(yè)用電的特點(diǎn)是：不論是用電還是配電系統(tǒng)中均存在 著大量的問(wèn)題，這些問(wèn)題均與無(wú)功和諧波息息相關(guān)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得電力系統(tǒng)中電力電子器件的應(yīng) 用呈現(xiàn)越來(lái)越普遍的現(xiàn)象。很多電力電子設(shè)備工作時(shí)均會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成諧波污染， 功率因數(shù)降低等電能質(zhì)量問(wèn)題。再加上科技如此發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)中，人們?cè)陔娋W(wǎng)中大 量使用各種具有不對(duì)稱(chēng)、沖擊性、波動(dòng)性和非線(xiàn)性的負(fù)載，長(zhǎng)此以往電力系統(tǒng)中的諧 波污染、電壓波動(dòng)及電壓跌落等問(wèn)題越發(fā)不可收拾，從而大大降低

18、電能質(zhì)量。電網(wǎng)電壓與無(wú)功密切相關(guān)，大量諧波注入電網(wǎng)很大程度的影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。 由于我國(guó)特殊的經(jīng)濟(jì)模式、遼闊的地理環(huán)境和資源分布不均等客觀(guān)因素更加劇影響了 電力系統(tǒng)的發(fā)展，形成了發(fā)電廠(chǎng)和負(fù)荷分布不均的結(jié)果，因此大范圍的遠(yuǎn)距離輸電更 能符合我國(guó)對(duì)電網(wǎng)的需求。面對(duì)上述問(wèn)題就需要我國(guó)電力系統(tǒng)具備良好的傳輸能力和 暫態(tài)穩(wěn)定性能，這些全是跟無(wú)功供應(yīng)密切相關(guān)的，故無(wú)功裝置必不可少。非線(xiàn)性負(fù)載 的增加導(dǎo)致公用網(wǎng)絡(luò)中的諧波源數(shù)量也隨之增多，以至于電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)难芯客耆峡茖W(xué)發(fā)展觀(guān)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。影響電能質(zhì)量的因素從字面上直譯，電能質(zhì)量就是系統(tǒng)中電能的質(zhì)量

19、，和發(fā)電、供電、配電、用電四大 系統(tǒng)及電力系統(tǒng)設(shè)備正常工作時(shí)的電流、電壓偏離規(guī)定的指標(biāo)差值密切相關(guān)。電網(wǎng)中具 體將其定義為導(dǎo)致用電系統(tǒng)無(wú)法再正常工作或發(fā)生故障時(shí)的電流、頻率或電壓與正常工作時(shí)的差值，通常用這三個(gè)差值、電壓波動(dòng)、閃變和三相不平衡等這些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量電能 質(zhì)量的高低3。目前工業(yè)上涉及最多的電能質(zhì)量問(wèn)題是電壓?jiǎn)栴}和諧波問(wèn)題，頻率問(wèn)題 不太常見(jiàn)。影響電能質(zhì)量問(wèn)題的因素有以下幾個(gè)方面：(1)電力系統(tǒng)出現(xiàn)的運(yùn)行故障會(huì)造成電能質(zhì)量問(wèn)題，比如常見(jiàn)的雷擊就會(huì)使發(fā)電 勵(lì)磁系統(tǒng)工作狀態(tài)發(fā)生嚴(yán)重改變。(2)非線(xiàn)性負(fù)載，現(xiàn)在人們無(wú)論在工業(yè)用電上，還是在生活用電過(guò)程中，都使用 著大量的非線(xiàn)性負(fù)載。例如變流器，

20、整流器等電力電子器件運(yùn)行時(shí)吸收大量無(wú)功的同時(shí)1緒論遼寧工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文會(huì)發(fā)出大量的諧波。(3)電力系統(tǒng)的非線(xiàn)性，例如同步發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，它的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)因?yàn)?受諧波影響發(fā)生振蕩，所以電動(dòng)勢(shì)波形就不再是理想的正弦波， 從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)電能質(zhì)量問(wèn)題多源于系統(tǒng)側(cè)，如當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)處于非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，往往采取的治理措施有投入電源，投入補(bǔ)償電容器，啟動(dòng)大電動(dòng)機(jī)等。 另外就是像由于天氣原因、人為操作或器件損壞等客觀(guān)因素也會(huì)影響電能質(zhì)量。近年來(lái) 負(fù)載側(cè)對(duì)電能質(zhì)量的影響呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，從一些低壓小容量的家用電器到高壓大容量的工 業(yè)裝置，都能引發(fā)電網(wǎng)電流和電壓波形的畸變4。例

21、如煤礦中的電機(jī)車(chē)，在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā) 生諧波浪涌及無(wú)功沖擊現(xiàn)象，還有許多電弧設(shè)備往往會(huì)產(chǎn)生大量諧波。針對(duì)這些問(wèn)題， 就要求各個(gè)生產(chǎn)單位在生產(chǎn)使用設(shè)備的同時(shí)也要努力對(duì)原來(lái)的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，但是由于技術(shù)受限往往改進(jìn)措施達(dá)不到治標(biāo)的目的。近年來(lái)，電能質(zhì)量問(wèn)題日益明朗化，現(xiàn) 在可以說(shuō)電能質(zhì)量問(wèn)題的內(nèi)涵就是諧波和無(wú)功問(wèn)題。隨著大功率可關(guān)斷器件和 PW極術(shù)的發(fā)展，再加上數(shù)控技術(shù)(DSP在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電能質(zhì)量的控制和管理得 到了質(zhì)的跨越，致使越來(lái)越多學(xué)者加入了對(duì)它的研究之中。諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)膰?guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前在國(guó)內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償方面，工業(yè)上主要采用的無(wú)功補(bǔ)償裝置是靜止無(wú)

22、功發(fā)生器 (SVC o SVC依靠電容器提供固定的容性無(wú)功，補(bǔ)償電抗器補(bǔ)償感性無(wú)功。晶閘管變 流裝置和控制系統(tǒng)可以使SVCSE能夠吸收感性無(wú)功功率也能夠吸收容性無(wú)功功率。這幾 年電力電子技術(shù)飛速發(fā)展，科研工作者研制出了具有大容量的靜止無(wú)功發(fā)生器，這個(gè)項(xiàng) 目已經(jīng)被國(guó)家列入電力部重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目。這項(xiàng)研究的原理是基于GTO IGBT等大功率可控開(kāi)關(guān)器件，采用逆變技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。在補(bǔ)償過(guò)程中，首先需要使用指令 電流運(yùn)算電路將補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波和無(wú)功電流分量檢測(cè)出來(lái)，然后用補(bǔ)償電流發(fā)生電路根據(jù)檢測(cè)出的補(bǔ)償電流的指令信號(hào)選取適當(dāng)?shù)目刂撇呗赃M(jìn)行補(bǔ)償。目前，研制出使 電源電流等于負(fù)載電流的基波有功分

23、量這樣的裝置是國(guó)內(nèi)研究的最先進(jìn)的也是最復(fù)雜 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。在實(shí)際運(yùn)用中，我們不可以盲目選取，認(rèn)為補(bǔ)償效果最好的就是最 適合的，要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)判斷進(jìn)而選擇是用并聯(lián)電抗器、并聯(lián)電容器，靜止無(wú)功發(fā)生 器還是使用電力有源濾波器來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。1961年我國(guó)著手研究諧波，到目前為止我國(guó)已經(jīng)有上百家公司和科研單位從事有關(guān) 諧波抑制這個(gè)方向的研究。簡(jiǎn)單的說(shuō)，處理諧波可以選用盡可能減少諧波源的諧波分量 的方式，也可以采用多環(huán)流和 PW眼術(shù)來(lái)抑制諧波，還可以使用濾波器進(jìn)行諧波治理。 現(xiàn)在電網(wǎng)普遍選用控制整流器來(lái)分析諧波特性，再將交流整流成直流，這樣就會(huì)導(dǎo)致交 流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，繼而會(huì)產(chǎn)生大量諧波，也就是

24、說(shuō)有些諧波治理裝置本身也會(huì)產(chǎn)生1緒論遼寧工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文諧波。我國(guó)從研究諧波到如今諧波抑制的方式一般分為三種：一是只吸收周頻諧波的傳統(tǒng) LC無(wú)源電力濾波器，由于此類(lèi)濾波器容易發(fā)生并聯(lián)諧振， 現(xiàn)今已經(jīng)很少使用。二是現(xiàn)在 普遍使用的是有源濾波器，但在工業(yè)應(yīng)用方面仍處在試驗(yàn)與研究階段，尤其是對(duì)無(wú)功和 諧波能進(jìn)行綜合治理的HAPF勺研制。有源濾波器必須以高水平技術(shù)作為依據(jù)，難設(shè)計(jì)， 成本高。三是混合濾波裝置，實(shí)踐證明將無(wú)源濾波和有源濾波相結(jié)合進(jìn)行混合濾波，能 達(dá)到很好的濾波目的。相對(duì)比的，國(guó)外第一批靜補(bǔ)裝置于二十世紀(jì)六十年代便在英國(guó)研制成功。八十年代美國(guó)研制出基于GTO勺靜止無(wú)功發(fā)生器，90年代日

25、本、德國(guó)和美國(guó)也分別研制成功。隨 著FACTS!置的提出世界上許多國(guó)家都開(kāi)始這領(lǐng)域研究。早在 1998年，美國(guó)名為Inez 的變電站便將UPFCt271安裝在138kV電力系統(tǒng)上。許多發(fā)達(dá)國(guó)家早就將 SVC#償裝置 應(yīng)用到改善電能質(zhì)量上，近十年來(lái)這些國(guó)家也早已經(jīng)將 SVGT業(yè)化10 o諧波方面早在二十世紀(jì)九十年代德國(guó)便提出了有關(guān)電力諧波干擾對(duì)電網(wǎng)有影響的問(wèn)題。70年代以來(lái)，隨著諧波所造成的不良影響日益明顯，世界各國(guó)均開(kāi)始投入大量的人力與注意力對(duì)待諧波問(wèn)題。為此國(guó)際上還曾多次組織學(xué)術(shù)研討會(huì)。電力系統(tǒng)和用電設(shè) 備產(chǎn)生諧波的有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)早就被大部分國(guó)家和許多國(guó)際學(xué)術(shù)組織紛紛設(shè)置了限制。H. Sas

26、akiT. Machida 早就對(duì)APF的基本原理進(jìn)行了完整的描述，Gyugyi根據(jù)APF原理提出采用PWME制變流器來(lái)完善裝置，并研究出APF主電路的控制方法和基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 80年代，電力電子器件被廣泛的應(yīng)用以及 PWME制技術(shù)也相應(yīng)的得到飛速發(fā)展，APF當(dāng) 時(shí)成了熱點(diǎn)研究項(xiàng)目。目前，在設(shè)計(jì)使用 APF時(shí)用的理論基礎(chǔ)中三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率 理論占主導(dǎo)地位?？刂萍夹g(shù)、電力電子和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，還有 GTO IGBT等開(kāi)關(guān)器 件技術(shù)及高性能DSP5片的應(yīng)用使有源電力濾波器不止從理論上取得突破，在實(shí)際應(yīng)用 中也取得快速進(jìn)展。1.3.2綜合裝置的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀諧波是工頻正弦波畸變，無(wú)功是相位改變

27、的電流電壓波形，諧波和無(wú)功在物理本質(zhì) 上都可以說(shuō)是波形，因此能綜合對(duì)諧波和無(wú)功進(jìn)行治理。對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧 波抑制不僅能提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少功率損耗，調(diào)節(jié)電壓，優(yōu)化電能質(zhì)量，還 能提高設(shè)備的利用率，大大降低投資成本。故綜合裝置的研究將是今后重要的研究課題。在綜合治理方面，早期使用無(wú)源濾波器，這種濾波器不僅可以濾除諧波還可以補(bǔ)償 無(wú)功功率，能達(dá)到綜合治理的目的。諧波抑制技術(shù)：國(guó)內(nèi)外有一種新興濾波裝置能動(dòng)態(tài) 性進(jìn)行諧波治理，這就是近年來(lái)普遍使用的有源電力濾波器。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)：第一代為 同步發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)補(bǔ)償和并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器補(bǔ)償；第二代是基于自然關(guān)斷品閘 管技術(shù)的SVC第三代

28、是目前研究熱點(diǎn)，也就是基于IGBT、IGCT等大功率可控器件的補(bǔ) 償裝置SVG(Static VAR Generator )。通過(guò)上述諧波和無(wú)功裝置和技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者1緒論遼寧工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文們研究提出了好多類(lèi)型的綜合治理方案，如PP-SVCS綜合補(bǔ)償器、APF和PPF混合使用的HAPF注入電路式的HAPF口 SVC+AP型及SVG+AP無(wú)功諧波混合補(bǔ)償器，但是從理 論和技術(shù)上看，還有很多問(wèn)題。有源濾波器和靜止無(wú)功發(fā)生器組合構(gòu)成綜合裝置中主要 研究的是SVCt APF結(jié)合組成的綜合裝置，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)的同時(shí)降低成本 皿。1.4本論文的主要研究工作綜上所述，經(jīng)過(guò)近年來(lái)對(duì)有源電力濾波器( APF的研

29、究表明，這個(gè)裝置既可以濾 波又可以補(bǔ)償無(wú)功，成為了各大學(xué)者的重點(diǎn)研究對(duì)象。但是鑒于A(yíng)PFM于補(bǔ)償無(wú)功的局限性，學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注綜合補(bǔ)償系統(tǒng)。本論文主要研究與APF結(jié)合的綜合裝置，從而提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，使系統(tǒng)穩(wěn) 定運(yùn)行，解決電能質(zhì)量不良等問(wèn)題。本文主要研究工作如下：(1)在分析影響電能的質(zhì)量因素的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了諧波的特點(diǎn)、危害以及無(wú) 功電流對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)面影響。(2)在研究諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償原理和補(bǔ)償特性基礎(chǔ)上，分析了諧波電流檢測(cè)方法、控制策略和無(wú)功電流檢測(cè)方法、控制策略，設(shè)計(jì)了基于A(yíng)PF與TSC的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償綜合裝置。(3)分析了無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制綜合裝置的工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及

30、諧波無(wú)功電 流的檢測(cè)方法，確定了無(wú)功電流檢測(cè)方法以及諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償綜合裝置的控制策 略，確保APF和TSC急定運(yùn)行。(4)將此綜合裝置應(yīng)用于錦州拓新電力電子有限公司的實(shí)驗(yàn)之中，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)的處理和分析，驗(yàn)證綜合裝置可以在補(bǔ)償上互補(bǔ)，對(duì)維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定更有研究?jī)r(jià)值 和現(xiàn)實(shí)意義。2電網(wǎng)諧波分析及其抑制諧波產(chǎn)生的危害及諧波標(biāo)準(zhǔn)本文所討論的是電力系統(tǒng)中的諧波，當(dāng)電流流經(jīng)非線(xiàn)性負(fù)載時(shí)，電壓施加在非線(xiàn)性 電路上，電流會(huì)因?yàn)檎袷幍仍蛐纬煞钦也ǎ@時(shí)電路中就有諧波產(chǎn)生。諧波頻率是 指頻率為基波的整數(shù)倍的電流中包含的電量， 是用傅里葉級(jí)數(shù)分解周期性的非正弦波形 后，得到的頻率與工頻相同的分量(基波)

31、和一系列為基波倍數(shù)的正弦波分量15。(2.1)諧波基本概念為：u(ot) =a()+ 3 cosncot+bn cosncot) n 1頻率為1的分量定義為基波，規(guī)定頻率大于基波的分量稱(chēng)為諧波。例如我國(guó)頻率50Hz,凡是超過(guò)這個(gè)范圍的都可以說(shuō)會(huì)產(chǎn)生諧波。諧波次數(shù)=J；的整數(shù)比。由定義可知諧波含有不同的頻率，幅度和相角，可以區(qū)分為奇次和偶次，由于三相 平衡系統(tǒng)中的對(duì)稱(chēng)關(guān)系會(huì)消除偶次諧波，所以電網(wǎng)中只有奇次諧波存在。各種電力電子 裝置，例如整流器、變頻器、家用電器等等具有沖擊性、波動(dòng)性的非線(xiàn)性負(fù)載都會(huì)產(chǎn)生 奇次諧波。大量奇次諧波注入電網(wǎng)，導(dǎo)致電壓和電流發(fā)生畸變，畸變電壓HRU噴口電流HRIn 為：

32、HRIn =(1n/I1)*100%HRUn =(Un/U1)*100% 電流和電壓總諧波畸變率：Uh =：Un2 nm其中：Uh為諧波電壓限值；Xk為諧波頻率是k次時(shí)的阻抗;Ik為k次諧波電流值。電壓電流發(fā)生畸變會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量嚴(yán)重下降，大大影響電網(wǎng)及電網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，造成電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定。具體危害包括以下幾個(gè)方面：(1)高頻電流會(huì)使發(fā)、輸、供和用電設(shè)備的功率損耗和電能損耗增加，設(shè)備過(guò)熱， 降低設(shè)備的利用率。例如電纜過(guò)熱，絕緣老化現(xiàn)象，照明設(shè)備和顯示器產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象等;(2)非線(xiàn)性電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波可能與電感、電容發(fā)生諧振，形成諧波放大現(xiàn)象;(3)大量諧波會(huì)引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，開(kāi)關(guān)誤跳

33、閘，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備，威脅 電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。面對(duì)這些問(wèn)題我國(guó)對(duì)諧波有關(guān)限制做了有關(guān)規(guī)定具體標(biāo)準(zhǔn)，即公用電網(wǎng)諧波(GB/T14549-1993)如表 2,1 所示16。同樣我國(guó)也對(duì)諧波電壓與諧波電流的限值關(guān)系做了明確規(guī)定，并制定標(biāo)準(zhǔn)如表2,2所示：表2.1公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)Tab. 2.1 Harmonics standard電網(wǎng)標(biāo)稱(chēng)電壓電壓總畸變率KV%奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8表2.2諧波電壓與電流的限值關(guān)系Tab. 2.2 Harmonic voltage limit value of the correlat

34、ion value and harmonic current limits標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電壓KV123456789KV0.3810786239622644192116610043342134142411111110100262013208.5156.46.46.83525015127.7125.18.83.83.84.16650016138.1135.49.34.14.14.3110750129.66.09.64.06.83.03.03.2由表2,1、2.2可見(jiàn)諧波電壓限值與電流限值呈相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此可以根據(jù)諧波電流值和電壓值對(duì)諧波情況進(jìn)行判斷。設(shè)短路容量為a,基準(zhǔn)短路容量為b,此時(shí)諧波電壓限流值

35、不變，諧波電流值為：ac/b錯(cuò)誤！未找到引用源。，其中c為諧波電流限流 值，由此可得，a越大，允許的諧波電流限流值也就越大。2.2諧波治理的措施電網(wǎng)諧波治理措施和抑制方法抑制諧波的根本在于使電力系統(tǒng)諧波源產(chǎn)生的諧波減少甚至消除，具體方法一為受端治理，也就是采取措施從受諧波影響的設(shè)備和系統(tǒng)處選擇將那些諧波吸收；二為主動(dòng) 治理，即減少諧波源的諧波含量；三為被動(dòng)治理18,這也是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)。具體措施 是外加濾波器，目的是阻礙諧波源產(chǎn)生諧波的同時(shí)還要阻礙諧波流入負(fù)載，主要的方式 如表2.3所?。褐鲃?dòng)治理的具體實(shí)施措施具體原理如下：(1)多脈動(dòng)調(diào)制技術(shù)由表2.3可以看出多脈動(dòng)調(diào)制這項(xiàng)技術(shù)是最常用的主動(dòng)

36、治理的方法之一，工作原理是首先按規(guī)律將多個(gè)換流器組合，再將電網(wǎng)電壓利用移相變壓器移相變換；然后根據(jù)換 流橋電壓的相位差獲得電流間的相位差，電流相位差相互疊加從而達(dá)到諧波抑制的目 的。這項(xiàng)技術(shù)會(huì)隨著脈動(dòng)數(shù)的增加，更好的抑制諧波，但這就會(huì)對(duì)設(shè)備有更高的要求， 成本也會(huì)隨之增加。表2.3諧波治理的主要措施Tab. 2.3 The main measures of harmonic control被動(dòng)治理、選擇合理的供電避免電容對(duì)諧波放大理提高設(shè)備抗諧波干擾能力方改善諧波保護(hù)性能增加變流裝置的相數(shù)或脈沖數(shù)改變諧波源的配置或工作方式采用多重化技術(shù)諧波疊加注入采用PW瞰術(shù)無(wú)源濾波器有源濾波器混合型有源濾波

37、器受端治理主動(dòng)治理設(shè)計(jì)或采用高功率因數(shù)變流器(2)脈寬調(diào)制技術(shù)這項(xiàng)技術(shù)一般用在逆變電路中，具體做法利用信號(hào)波對(duì)三角載波進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到PWM 波。采用基于PWM勺調(diào)制技術(shù)，變流設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的諧波就能被優(yōu)化，會(huì)使諧波變成具 有高頻、幅度小的優(yōu)質(zhì)波，更接近于正弦波。這種方法工作時(shí)損耗大，難于控制，成本 高，還會(huì)導(dǎo)致高次諧波電流的增加。(3)多重化技術(shù)這項(xiàng)技術(shù)是對(duì)電力電子裝置內(nèi)部做出變革，主要針對(duì)大容量的電力電子裝置。首先 將多個(gè)變流器聯(lián)合起來(lái)，為了消除次數(shù)較低的諧波，再運(yùn)用多重化技術(shù)將多個(gè)方波疊加在一起，從而得到接近于正弦的階梯波190這是一種針對(duì)諧波十分有效的關(guān)鍵技術(shù)，而 且重?cái)?shù)越多，濾波效果越明

38、顯，但是這項(xiàng)技術(shù)成本高，實(shí)現(xiàn)難度大。對(duì)于受端治理由表2.3可以看出是通過(guò)其他方法改善用電設(shè)備性能，從而連帶影響諧波的產(chǎn)生，這種方式具有投機(jī)性。主動(dòng)治理雖然能抑制諧波產(chǎn)生，但是眾所周知現(xiàn)今非線(xiàn)性負(fù)載推陳出新，樣式繁多 20。如果只依靠主動(dòng)治理是不可能完全消除諧波電流的。由表 2.3可知還可采用被動(dòng)治 理，具體措施是通過(guò)外加設(shè)備達(dá)到諧波抑制目的，可以選擇加設(shè)無(wú)源濾波器、有源濾波 器或混合濾波器。根據(jù)研究表明濾波器可以有效地進(jìn)行諧波抑制，故被動(dòng)治理漸漸被廣 大學(xué)者與用戶(hù)所青睞。(1)無(wú)源濾波器(PPF無(wú)源濾波器一般安裝在交流側(cè)，與諧波源并聯(lián)，采用分壓原理濾除諧波電壓，采用 分流原理濾除諧波電流。由L

39、、C、R元件適當(dāng)組合成諧振回路，分為單調(diào)諧、雙調(diào)諧、 高通濾波器等。工作原理是利用元件的諧振特性，若諧振回路的頻率與不符合要求的諧 波電流頻率相同，這時(shí)濾波器便會(huì)將該次諧波屏蔽到電網(wǎng)外。無(wú)源濾波器還可以補(bǔ)償部 分無(wú)功功率。無(wú)源濾波器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、花費(fèi)低，但是濾波效果不顯著，濾波易受系 統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的影響，發(fā)生諧振。由此可以看出無(wú)源電力濾波器的濾波效果與電網(wǎng) 運(yùn)行方式有很大的關(guān)聯(lián)，在實(shí)際應(yīng)用中有所限制，所以人們把越來(lái)越多的目光轉(zhuǎn)向了有 源濾波器。(2)有源濾波器(APF有源濾波器現(xiàn)在是人們研究的熱點(diǎn)， APF在濾波時(shí)具有很多特點(diǎn)：功能豐富，動(dòng)態(tài) 治理等，其中最顯著的是高度可控性和快速響應(yīng)性

40、。APF不僅可以濾波，還可以補(bǔ)償無(wú)功；性?xún)r(jià)比很低；不與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振，故系統(tǒng)阻抗的變化不會(huì)影響其濾波效率；能 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償快速變化的諧波。隨著大功率快速自關(guān)斷器件的不斷研發(fā)，尤其是加入微 控技術(shù)后，有源濾波技術(shù)得到了極大的發(fā)展，已經(jīng)從針對(duì)用戶(hù)自身的諧波抑制慢慢擴(kuò)展 到針對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。(3)混合型濾波器混合型濾波器采用換流裝置，將諧波分量逆變成脈動(dòng)電流實(shí)時(shí)對(duì)諧波起到抑制效 果。例如將APF與PF相結(jié)合的混合型APF彌補(bǔ)PF不足的同時(shí)還可以克服 APF的容量 要求大，設(shè)備制作成本很高的這些缺點(diǎn)21,最主要是是補(bǔ)償效果明顯得到提高。另外還 能大幅度補(bǔ)償無(wú)功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。(4

41、)與無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行隨著電力負(fù)載的多樣化，諧波源增加，以致電網(wǎng)功率因數(shù)降低。面對(duì)這些快速變化 的無(wú)功和諧波電流，人們開(kāi)始嘗試在諧波源并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置，達(dá)到補(bǔ)償無(wú)功的同時(shí)還 能治理諧波的雙重目標(biāo)。這種綜合裝置易于實(shí)現(xiàn)，補(bǔ)償效果明顯，性?xún)r(jià)比高，是現(xiàn)代學(xué)者的新寵兒。根據(jù)前面介紹的諧波治理的不同方法，得出目前最有效最常用的為電力濾波器，其 中運(yùn)用最廣泛的是電力無(wú)源濾波器和電力有源濾波器，表2.4對(duì)比了無(wú)源和有源濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)。從表2.4中可以明顯的看出雖然電力無(wú)源濾波器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、花費(fèi)低，但是濾 波效果不顯著，濾波易受系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的影響，發(fā)生諧振。電力有源濾波器作為 新興的諧波抑制技術(shù)，

42、不但克服了那些缺點(diǎn)，還具有動(dòng)態(tài)治理的優(yōu)勢(shì)，再加上能補(bǔ)償少 量無(wú)功這些顯著優(yōu)點(diǎn)，但是造價(jià)太高。目前發(fā)展趨勢(shì)是兩者混合型，混合型成本低，效 果好。鑒于本文研究的是以有源電力濾波器為核心的諧波和無(wú)功綜合裝置，所以在諧波 抑制這個(gè)要求上，本文選用可控性高、響應(yīng)速度快速及濾波效率高的電力有源電力濾波 器（APF 。表2.4無(wú)源和有源濾波器性能對(duì)比Tab. 2.4The passive filter and the active filter performance comparison無(wú)源濾波器有源濾波器工作原理諧波處理能力系統(tǒng)或回路阻抗變化之影響負(fù)載增加之影響對(duì)負(fù)載變化響應(yīng)速度提供無(wú)功補(bǔ)償容量級(jí)差體積

43、、重量適用范圍成本低阻抗通道，使諧波電流向其內(nèi)流入，旁路諧波每次諧波需單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)單諧振濾波器系統(tǒng)阻抗變化時(shí)，存在諧波放大、系統(tǒng)共振的危險(xiǎn)可能超載而損壞較慢（接觸器投切）級(jí)差大大、重諧波成分及大小相對(duì)穩(wěn)定，且諧波成分較簡(jiǎn)單高基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和電力電子技術(shù)，能根據(jù)檢測(cè)電路檢測(cè)電流產(chǎn)生諧波電流，達(dá)到補(bǔ)償目的在一定范圍內(nèi)，主動(dòng)響應(yīng)，同時(shí)處理多次諧波不受影響無(wú)損壞危險(xiǎn)，可滿(mǎn)足工作，僅 是濾波能力不足而已快，APF 10ms無(wú)級(jí)差小、輕諧波成分和諧波大小動(dòng)態(tài)變化，且諧波成分豐富很低有源電力濾波器的工作原理分析APF用于有源濾波，是一種基于自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器，一般并聯(lián)或串聯(lián) 于電網(wǎng)上，這種裝

44、置不僅能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中產(chǎn)生的諧波進(jìn)行治理，還能補(bǔ)償一定量的無(wú)功。 本文重點(diǎn)研究這種濾波裝置的工作原理和補(bǔ)償特性。有源電力濾波器工作的基本原理如 下圖2.1所示：圖2.1 APF基本原理圖Fig. 2.1 The APF basic principle diagram電網(wǎng)電壓用相量Us表示，APF輸出的交流電壓Ui表示，UlUl可X= wL單相等效 電路電流滯后以控制電抗的電流。這個(gè)電流就是 APF從電網(wǎng)吸收的電流在不計(jì)電抗器和變流器損 耗的情況下，APF單相等效電路如圖2.2所示，當(dāng)Ui和Us同相時(shí)，只需改變U；幅值大 小，這樣能控制APF的電流的大小，命令A(yù)PF從電網(wǎng)流出的電流超前還是滯后 90

45、。22。UsUL=j XI電流超前UI圖2.2 APF的單相等效電路圖Fig. 2.2 The single phase equivalent circuit of APF從圖2.2可以看出，如果APF要想實(shí)現(xiàn)既補(bǔ)償無(wú)功的同時(shí)還要進(jìn)行諧波抑制的要求，需要APF輸出與達(dá)到要求相應(yīng)的諧波電流。通過(guò)上述內(nèi)容可以得出的結(jié)論是：APF能夠同時(shí)補(bǔ)償無(wú)功電流和諧波電流。2.3諧波電流的分析與檢測(cè)方法諧波電流的檢測(cè)方法諧波電流檢測(cè)方法可分為三類(lèi)：一是直接從負(fù)荷電流中提取基波或諧波分量，二是 根據(jù)系統(tǒng)電壓的頻率和相位獲取補(bǔ)償量，三是根據(jù)系統(tǒng)電壓和負(fù)荷電流信息來(lái)獲取無(wú)功和諧波分量的方法。下面對(duì)基于這三種方式的具體

46、檢測(cè)方法進(jìn)行分析對(duì)比。(l )帶組濾波法這種方法具體做法為：一可以將負(fù)載電流通過(guò)濾波器，這樣便能將電流中的基波分 量分離出去，從而得到諧波分量；二可以將負(fù)載電流通過(guò)帶通濾波器得出電流中的基波10分量，負(fù)載電流和基波分量的差值就是所求的諧波分量。帶阻濾波法原理簡(jiǎn)單，花費(fèi)少,控制容易，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)18。但是這種方法只對(duì)特定次數(shù)的諧波有抑制效果， 再加上模擬濾波器存在延時(shí)效應(yīng)，致使補(bǔ)償時(shí)連最基本的準(zhǔn)確性和敏感度都無(wú)法達(dá)到要 求。故目前已經(jīng)很少有人再使用這種方法。(2)基于FFT的檢測(cè)方法此類(lèi)方法是以傅里葉級(jí)數(shù)為基礎(chǔ)推衍而來(lái)的，相較傅里葉級(jí)數(shù)更快速，算法更簡(jiǎn)單。具體做法是先利用采樣電路的到值，

47、然后將得到這個(gè)模擬量值進(jìn)行FFT分解計(jì)算，再將計(jì)算所得的相位系數(shù)、基波和各次諧波的幅值轉(zhuǎn)成所需信號(hào)，冉將此信號(hào)進(jìn)行傅里葉反 變換，具體實(shí)現(xiàn)方法如圖2,3所示。實(shí)踐表明此類(lèi)方法準(zhǔn)確快速，但是由于延時(shí)這個(gè)問(wèn) 題一直沒(méi)有得到有效解決，所以一直無(wú)法滿(mǎn)足補(bǔ)償所需的實(shí)時(shí)性的要求。(3)自適應(yīng)檢測(cè)法這種檢測(cè)方法是基于自適應(yīng)干擾的信號(hào)處理技術(shù)，是一種可以從原始信號(hào)中分離噪 音信號(hào)的方法20,具體實(shí)現(xiàn)手段如圖2,4所示，負(fù)載電流作為原始輸入，從負(fù)載電流中 消去與電壓波形相同的有功分量，得到需要補(bǔ)償?shù)闹C波與無(wú)功分量230自適應(yīng)檢測(cè)法是以非常精確的電網(wǎng)電壓相位作為參考信息的，要求精度高，但是這種方法受環(huán)境因素影 響

48、較大。圖2,3基于FFT的檢測(cè)方法Fig. 2.3 Detection method based on FFT圖2.4自適應(yīng)檢測(cè)法基本原理圖Fig. 2.4 Schematic diagram of detection method of adaptive(4)基于小波變換的檢測(cè)法這種檢測(cè)方法是由傅里葉算法推演來(lái)的，利用變換域分析電力系統(tǒng)諧波，能把高次 諧波變化投影到不同的尺度上，得到諧波分析。這類(lèi)方法克服了傅里葉的無(wú)局域性缺點(diǎn),11適合突變諧波的檢測(cè)。但是高低頻段的分析結(jié)果有可能會(huì)被混淆，影響分析結(jié)果24(5)基于瞬時(shí)無(wú)功理論的檢測(cè)法自三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論被提出后， 有源電力濾波器在性能等方

49、面得到了巨大的發(fā) 展。由于此種對(duì)諧波無(wú)功電流的檢測(cè)補(bǔ)償效果非常明顯，所以是現(xiàn)今很普遍的一種檢測(cè) 方法。這種算法的檢測(cè)原理是：首先將三相坐標(biāo)中的電壓和電流矢量變換到a、B坐標(biāo)系下，在新建立的坐標(biāo)下求出有功功率和無(wú)功功率，最后通過(guò)逆變換重新計(jì)算得出三星 電路中的諧波和無(wú)功電流。ip-iq運(yùn)算方式和p-q運(yùn)算方式是這種方法的兩種不同的運(yùn) 算方式25,已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。ip-iq法實(shí)時(shí)性能好，是目前應(yīng)用最廣泛的算法，也是 本文所選用的檢測(cè)算法。下面詳細(xì)介紹此類(lèi)檢測(cè)算法的原理、實(shí)現(xiàn)過(guò)程和檢測(cè)結(jié)果等方 面的情況。設(shè)被檢測(cè)交流側(cè)三相瞬時(shí)電壓為ea、eb、ec,則相應(yīng)的三相瞬時(shí)電流為ia、ib、ic, 將電壓

50、變換到兩相正交的a - B坐標(biāo)系，進(jìn)而可以得到：e：eaC II(2.5)- C32 eb一 ec其中 C32=.,23如圖2.5所示的坐標(biāo)系中，將兩相瞬時(shí)電壓 ea、eP和瞬時(shí)電流h、ip合成電壓矢 量e和電流矢量i。圖2.5 a - 3坐標(biāo)系中的電壓、電流矢量關(guān)系圖Fig. 2.5 Alpha beta coordinates in the voltage and current vector根據(jù)圖2.5可得:12e = ea+eP=& ee3（2.6）i = i t - i - =ed其中e、i分別是1、7 的幅值，中e、*是矢量：的相位角?？梢詫?在I法線(xiàn)的投影可以定義為無(wú)功電流iq

51、, 7 在的投影稱(chēng)之為三相瞬時(shí)有功電流 q7P = i cos(Pe %) = i cos中iq = i sinHe %) = i sin 邛繼而得到p、q :p =eip =eicos 中=%ia+egpq =eiq =eisin 甲=epia + i p再將其變換成矩陣形式:邛 1M- Cpq F 一%凡 見(jiàn)其中Cpqe：一e（一(2.9)(2.10)(2.11 )abci ohichibh圖2.6 p-q檢測(cè)法原理圖Fig. 2.6 Schematia digram ofp-q detection method13將式（2.7）、（2.8）帶入式（2.9）推導(dǎo)得p、q相對(duì)于三相電壓和電流

52、的關(guān)系式:p = eaia ebib eciceb-ea ia ec-ea ib ea-eb ic ea-eb ia從上面式子可以推理得出，三相電路的瞬時(shí)功率大小跟瞬時(shí)有功功率相當(dāng)。以下詳細(xì)研究的p-q檢測(cè)法和ip-iq檢測(cè)法都是根據(jù)上述原理推理得來(lái)的。p-q檢測(cè)法的基本實(shí)現(xiàn)原理圖如圖2.6所示：由圖2.6可以看出p-q方法是根據(jù)定義算出的瞬時(shí)p和瞬時(shí)q ,再經(jīng)低通濾波器得到p、q的直流分量p、q。這樣就可以得出a-B坐標(biāo)下的直流電流分量過(guò)坐標(biāo)變換求出被測(cè)電流ia、ib、ic的基波分量iaf、ibf、i cf。將 i af I bf、 i cf與ia、ib、ic相減就是需要檢測(cè)的諧波分量iah

53、、ibh、ichiaflibficf=C32C pq-2 C23C pq e-pl一q 一其中，C32= . 23-12再將 iaf、ibf、icf 與ia、ib、ah1-ia1-iaf1bhJch j Ja jicfpqic相減就能得到iah、ibh 、ich 0-12e：ip-iq的方法原理圖如圖2.7所示:iaib ici ch ibh ich圖2.7 ip-iq檢測(cè)法原理圖Fig. 2.7 Schematic diagram of ip-iq detection method在實(shí)際情況下，由于種種因素電網(wǎng)電壓波形總是會(huì)發(fā)生畸變。在檢測(cè)過(guò)程中,ep均會(huì)產(chǎn)生諧波，用含有諧波的ea、ec應(yīng)用

54、到p-q算法中進(jìn)行計(jì)算時(shí)是存在誤差 的。-cos tI-sin tsin t圖 2.7 中C1 = |IL- cos t14由圖2.7可以看出是單相交流側(cè)電壓通過(guò)鎖相環(huán)（PLL）和正余弦信號(hào)得到一個(gè)與 交流側(cè)相電壓e同相的sin虱和co&）t信號(hào)。三相三線(xiàn)制系統(tǒng)中，三相電流任意時(shí)刻的瞬時(shí)值之和都為零，故只需檢測(cè)兩相電流，然后計(jì)算出ip、iq：I：iq.-C1C32sin tIL cos t一 cos t一sin t(2.14)經(jīng)過(guò)上式計(jì)算可得經(jīng)低通濾波器的ip、iq的直流分量ip、iq ,該直流分量對(duì)應(yīng)于三相電流的基波正序分量。ip、iq由iaf、ibf、icf產(chǎn)生，所以可以計(jì)算的iah、ib

55、h、喘：f ibf 卜一-C23C1-_!Ip：iq1sin t= till-cosot-sincot._-Jq1(2.15)將 iaf、ibf、icf 與 ia、ib、 aci圖2.8基于ip-iq 瞬時(shí)無(wú)功理論的檢測(cè)方法Fig. 2.8 Ip-iq based on the theory of instantaneous wattless detection method15ic相減就是需要檢測(cè)的諧波分量iah、ibh、心。這種方法沒(méi)有直接使用三相電壓，所以檢測(cè)結(jié)果不受系統(tǒng)電壓的影響，因而可以提高準(zhǔn)確度。采用ip-iq法檢測(cè)，可以應(yīng)用于電壓畸變電路，當(dāng)三相電壓不對(duì)稱(chēng)時(shí)，p-q檢測(cè)會(huì)有較大的

56、誤差，相對(duì)而言，ip-iq就比較準(zhǔn)確。2.3.2基于瞬時(shí)無(wú)功ip-iq算法的仿真上一節(jié)研究了基于ip-iq瞬時(shí)無(wú)功理論的諧波電流檢測(cè)方法原理，根據(jù)此方法的工 作原理本文在MATLAB!搭建仿真模型如圖2.8所示：選取三相對(duì)稱(chēng)電源，電壓幅值為 380V,頻率為50HZ；單相電流諧波分量波形如圖2.9所示：圖2.9單相電流諧波分量 Fig. 2.9 Current harmonic component由圖2.9可以看出每相電流中都含有一定量的諧波分量。根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)論為：基于ip-iq的瞬時(shí)無(wú)功理論的諧波電流檢測(cè)方法速度快，精準(zhǔn)度高，實(shí)時(shí)性能非常 好。所以本論文選用這個(gè)方法檢測(cè)無(wú)功諧波電流。

57、諧波抑制系統(tǒng)的控制方法由于有源電力濾波器(APF具有實(shí)時(shí)性能高，補(bǔ)償效果明顯，不受阻抗影響等優(yōu) 點(diǎn)，因此APF是現(xiàn)今諧波的重要治理措施，應(yīng)用范圍非常廣泛。當(dāng)然針對(duì)APF的各種控制策略也就成了重點(diǎn)攻堅(jiān)項(xiàng)目。對(duì)有源電力濾波器來(lái)說(shuō)，在控制方法的研究領(lǐng)域目前已有達(dá)到了一定的水平，主要 包括電流跟蹤控制和電壓跟蹤控制兩大方面。電流跟蹤控制包括線(xiàn)性電流控制，滯環(huán)控 制，三角載波控制等。電壓跟蹤控制主要包含電壓空間矢量控制。對(duì)于并聯(lián)APF來(lái)說(shuō)，電流跟蹤控制方法與其他方法進(jìn)行比較，具有簡(jiǎn)單易懂，實(shí)現(xiàn) 容易且對(duì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的依賴(lài)性非常小的絕對(duì)性?xún)?yōu)勢(shì)。下面介紹一下這幾種常用的控制策 略：(1)單周控制這種控制方法是

58、依據(jù)電網(wǎng)中電流的周期、幅值、方向等有關(guān)信息，計(jì)算得出控制電 流的占空比。占空比指的是正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值。實(shí)際操作時(shí)，占空 比越大，電路導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，這個(gè)比值作用于每個(gè)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)變量的平均值和控制信號(hào) 兩者之間，使得他們二者相等或成一定比例，這樣便可以控制逆變器是否處于開(kāi)關(guān)模式。 但是由于單周控制精度很低，所以不適合對(duì)精準(zhǔn)度要求很高的綜合裝置的研究。(2)三角載波控制這種控制方法又稱(chēng)線(xiàn)性電流控制，是一種較簡(jiǎn)單的控制方法。它將電網(wǎng)電流的參考 值和實(shí)際值作比較，求出偏差電流，將其通過(guò)積分PI調(diào)節(jié)器矯正后與三角波進(jìn)行調(diào)制，16生成pwr制脈沖。三角載波控制方法的優(yōu)點(diǎn)在于物理意義比較清晰

59、，控制過(guò)程中具有 固定的開(kāi)關(guān)頻率，這就有利于限制開(kāi)關(guān)損耗，使輸出的電流含較少的諧波。具缺點(diǎn)是實(shí) 現(xiàn)這種方法的硬件設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜、運(yùn)算量比較大、延時(shí)也大、輸出中還會(huì)含有與三角載 波同頻的諧波。(3)滯環(huán)電流控制這種控制方法是目前實(shí)際應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制方法。實(shí)現(xiàn)此方法的基本原理是選取一定范圍的參考信號(hào)為基準(zhǔn)，將這個(gè)范圍內(nèi)的電流的參考值和電網(wǎng)電流的實(shí)際值進(jìn)行 比較，根據(jù)比較得出的結(jié)論可以得到一個(gè)滯環(huán)帶的范圍。以這個(gè)范圍作為參考值使實(shí)際 補(bǔ)償電流值在這個(gè)范圍內(nèi)浮動(dòng)。這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 不需要載波, 輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量，屬于實(shí)時(shí)控制方式，響應(yīng)速度快，但是存在穩(wěn)態(tài) 誤差，

60、開(kāi)關(guān)頻率也不固定，會(huì)影響補(bǔ)償效率。具體控制原理如圖2.10所示：圖2.10滯環(huán)電流控制原理圖Fig. 2.10 Schematic diagram of hysteresis current control電壓空間矢量控制是電壓跟蹤控制的一種方法。這種方法的本質(zhì)是化散為一，即將 三相電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)成兩相電壓矢量，使空間旋轉(zhuǎn)矢量由有限的靜止矢量來(lái)合成和跟蹤。對(duì) 并聯(lián)型APF來(lái)說(shuō)，此法的優(yōu)點(diǎn)為：開(kāi)關(guān)頻率可以固定，采用合理的矢量控制順序可以降 低開(kāi)關(guān)損耗，能夠提高直流電壓的使用率，具有較好的實(shí)時(shí)性，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。通過(guò)分析對(duì)比上述這幾種控制方法，得出每種方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用 時(shí)要根據(jù)實(shí)際