dsp理念之有源电力滤波器研究

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1、DSP理念之有源电力滤波器研究1绪论1.1谐波的基本概述随着电力电子技术的发展，民用三相四线制系统成了主要的谐波污染源，例如住宅区电梯采用变频调速装置，变频空调的整流电路，各种调温、调光设备中的斩波电路，以及打印机、电脑中的开关电源等。虽然这些设备的容量比较小，但是这些大量的非线性负荷在同一时间同时运行时，相对于系统就不能忽视了。针对某一公司的配电系统进行测试发现，在白天用电高峰期时系统侧的电压畸变率达到了10%，谐波电流的含有率达到了14%，因此民用负荷成为了三相四线制系统中谐波的主要。这些非线性负载向电网注入谐波，已成为

2、电网中的公害。这些装置产生的谐波，其主要危害表现为几个方面：电力电容器引起的谐波放大。由于电容器的容抗与频率成反比，因此在谐波电压作用下的容抗要比在基波电压下的容抗小的多，从而使谐波电流的波形畸变比谐波电压的波形畸变大的多，即使电压中谐波所占的比例不大，也会产生显著的谐波电流。特别是在发生谐振的情况下，很小的谐波电压就可以引起很大的谐波电流，从而导致电容器因过流而损坏、增加了旋转电机的损耗。谐波电流或电压会在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁心中引起附加的损耗。[6]由于涡流与集肤效应的关系，定子与转子导体内的这些附加

3、的损耗要比直流电阻引起的损耗大。另外，谐波电流还会增大点击的噪声和产生脉动转矩、增加输电线的损耗，缩短输电线的寿命。增加变压器的损耗、造成继电保护、自动装置工作紊乱、引起电力测量的误差、干扰通信系统、延缓电弧熄灭1.2谐波的产生及危害1.2.1谐波的产生谐波的抑制措施主要有三种：即①受端治理：从设备自身出发，提高设备自身的抵抗谐波干扰能力；②主动治理：从谐波产生的源头进行处理，使谐波源不产生谐波或降低谐波的产生；③被动治理：外加电力滤波器，从而阻止谐波源产生谐波或者谐波注入电网，亦或阻止电网中的谐波电流流入负载。[7]其中受

4、端的治理措施主要从供电方式的选择，电容器对谐波放大的影响，如何提高设备的抗干扰能力，以及如何改善谐波的保护性能等方面来进行操作。主动治理的措施有增加变流装置的相数或脉冲数；采取多重化技术将多个变流器联合使用，将谐波叠加注入系统；采用P技术，来产生频率较高，幅值较小接近正弦波的波形；采取高功率因数的变流器；改变谐波源的工作方式。被动治理的措施主要有三种，即无源滤波器（PF），有源滤波器（APF），混合型的有源滤波器（HAPF）。无源滤波器是现在最为广泛的一种谐波治理方式，他采用电感、电容产生谐振的特性，从而在阻抗分流回路中产生

5、低阻抗回路，减小流向电网中的谐波电流。PF具有成本低，技术成熟，同时还能补偿无功的特点。谐波为一个周期量的正弦波，它的频率为基波频率的整数倍。谐波的幅值大小和谐波的相对于基波的相位关系都是影响这个周期量的重要因数。在声学中，各种不同频率的谐波有规则的相加就可以构成一首动听的乐曲和声；而在电力系统中，电压谐波的的幅值大小和谐波相对于基波的相位关系都是影响供电系统电压正弦波形畸变程度的主要因数。[5]电力系统中的发电机、变压器及输电线路在正常稳态运行时，是不会产生显著的谐波电流的，因此，他们本身不会造成电网中各供电电压的畸变。电

6、网中主要的谐波产生源分为两大类。（1）含有半导体非线性元件的设备，如各类交直流转换设备、整流设备、逆变器、变流器、晶闸管控制器等。（2）含有电弧和铁磁非线性元件的设备，如荧光灯、电弧炉、电焊机、铁磁谐振设备等。2四线制有源电力滤波器拓扑结构分析2.1有源滤波器的基本结构APF系统由两大部分组成，即谐波电流检测电路模块和补偿电流发生模块(由指令电流运算电路、电流跟踪控制构成)。其中谐波电流检测电路模块的核心是检测出被补偿对象，即负载电流Li中的谐波电流分量*Ci。电流跟踪控制电路的作用是根据得出的补偿电流指令信号*Ci，产生实

7、际的补偿电流ci。该补偿电流ci与负荷电流中的高次谐波分量波形相同，经由APF向系统中注入，则高次谐波源所产生的高次谐波电流lhi就可以被抵消，使得电源电流Li中只含基波不含谐波。这样就达到了抑制电源电流中谐波的目的。如果同时需要APF在补偿谐波时，同时补偿负载的无功功率，则只需在补偿电流的指令信号运算中增加与负载电流的基波无功分量反极性的电流成分即可。[22]这样，就可以实现在补偿电流与负载电流中的谐波的同时消除无功成分的目的，从而实现电源电流等于负载电流的基波有功分量。按照电力系统应用的需要，根据补偿系统的相数来分，并联

8、型APF的结构一般可以分为三相三线制和三相四线制。我国380V配电网系统全部为三相四线制，用电负荷通常也为三相四线制，即存在中线，因而三相电流之和通常不为零，即存在零序电流分量。零序电流中既有可能存在零序基波分量，也可能存在零序谐波分量，此时如果采用并联型三相三线制为主电路的APF根本无法