分类号密级
U D C编号
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 硕士学位论文
论文题目并联型有源电力滤波器谐波
电流检测及控制策略的研究学科、专业控制科学与工程
研究生姓名曹奇
导师姓名及
专业技术职务申群太教授
原 创 性 声 明
本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。
作者签名：日期：年月日
学位论文版权使用授权书
本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。
作者签名：导师签名日期：年月日
摘要
由于电网中非线性负载的应用日益广泛，电网中谐波的含量也越来越多，直接造成电能质量越来越差。有源电力滤波器以其优越的补偿性能，已成为综合治理“电网污染”最有效的手段。其中并联型有源电力滤波器占据重要地位。
论文首先详细论述了有源电力滤波器的概念、原理及其发展过程，并介绍了有源电力滤波器的分类，给出了三相三线制并联型有源电力滤波器的系统构成以及数学模型。
然后深入分析了基于瞬时无功功率理论的
i i?谐波电流检测方法，通过
p q
采用模拟滤波和数字滤波相结合的方法, 较好地解决了电网谐波治理中由于模拟抗混叠滤波器在通带内非平直特性所产生的谐波测量误差问题。并加入延时补偿角，能够减小数字控制中延时对谐波电流补偿的影响。仿真结果证实了该方法的正确性。
针对谐波补偿中模糊自整定PI控制和重复控制各自的优缺点，提出了模糊自整定PI-重复控制的复合控制方法，其中重复控制的采用是用来保证系统的静态精度，而模糊自整定PI控制的采用则提高了系统的动态性能。为了保证有源电力滤波器直流侧电容电压的稳定，采用PI控制器去控制直流侧电压。详细介绍了控制器各个环节的设计过程，并用matlab仿真验证了系统的可行性。
最后介绍了基于TMS320F2812数字信号处理器的有源电力滤波器控制系统的设计，包括硬件电路的设计和软件设计。
关键词：谐波，有源电力滤波器，检测，模糊自整定PI，重复控制
ABSTRACT
With the proliferation of nonlinear loads in grid, more and more harmonic current has increased. This causes the deterioration of the power quality. Therefore, with its predominant compensate performance, the active power filter(APF) is considered as the most effective method to eliminate the serious "power pollution" at present. The shunt active power filter plays the most important role in the past or future.
Firstly ，the dissertation introduces the concept, principle and development trends of APF in detail and analyses the classification of APF.This dissertation has presented the system structure and mathematic model of three-phase three-wire shunt APF.
Furthermore ，deeply analyzing the q p i i ?harmonics current detecting
method based on instantaneous reactive power theory ，through the use of analog-digital filter combined can overcome the measurement error that is made by anti-mix analog filter with non-linearity in the pass-band. Adding the compensatory angle can reduce the infection of the digital controller’s delay time. Simulation results prove the correctness of the algorithm.
Base on deeply analyzing the advantages and limitations of the adaptive fuzzy PI control and the repetitive control in APF respectively ，the dissertation adopted adaptive fuzzy PI - repetitive combined control to correct the output current waveform of the APF. The repetitive control is used to improve the steady state characteristic of the control system ；The adaptive fuzzy PI control is used to improve the dynamic characteristic of the control system ；The dissertation adopted PI control to makes DC side voltage of APF stability at the standard. This dissertation emphasizes on the design process of links in repetitive control ，simulation in matlab show that the proposed method is valid and feasible.
Finally ，the control system which is based on TI digital signal processor (DSP) TMS320F2812 is designed ，including the hardware circuit structures and the software structures.
KEY WORDS:Harmonic,Active Power Filter，Detect，Adaptive fuzzy PI，Repetitive control
目 录
摘 要..............................................................................................................................I ABSTRACT..................................................................................................................II
第一章 绪论 (1)
1.1 课题背景及意义 (1)
1.1.1谐波的产生和危害 (1)
1.1.2谐波治理的方法 (2)
1.2 有源电力滤波器的研究现状和发展趋势 (3)
1.3本文的主要内容 (4)
第二章 有源电力滤波器的原理及结构 (5)
2.1 有源电力滤波器的基本原理 (5)
2.2 有源电力滤波器的分类 (6)
2.2.1按变流器直流侧储能元件分类 (6)
2.2.2按供电系统类型分类 (7)
2.2.3按与电网的连接方式分类 (8)
2.3 并联型有源电力滤波器主电路的研究 (10)
2.3.1并联型有源电力滤波器主电路的数学模型 (10)
2.3.2 LCL 滤波器的设计 (12)
2.4 本章小结 (14)
第三章 谐波电流的检测 (15)
3.1 谐波电流检测方法的现状 (15)
3.2 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法 (16)
3.2.1瞬时无功功率理论介绍 (17)
3.2.2 p 、q 运算方式 (19)
3.2.3 q p i i ?运算方式 (19)
3.3 基于数字系统的q p i i -谐波电流检测方法的研究 (22)
3.3.1 电网谐波检测中的数字抗混叠方法 (22)
3.3.2 LPF 的设计 (24)
3.3.3 基于延时的相位补偿 (25)
3.3.4 仿真结果分析 (26)
3.4 本章小结 (30)
第四章 有源电力滤波器控制的研究 (31)
4.1 并联型APF 控制方式的研究 (31)
4.2 补偿电流的跟踪控制 (32)
4.2.1 补偿电流控制方法简介 (32)
4.2.2 模糊自整定PI控制 (34)
4.2.3 重复控制 (37)
4.2.4 复合控制 (38)
4.3 直流侧电压的控制 (45)
4.4 系统仿真分析 (47)
4.5 本章小结 (51)
第五章基于DSP的数字控制系统的设计 (52)
5.1 控制系统的硬件设计 (52)
5.1.1 TMS320F2812的介绍 (52)
5.1.2 电源管理单元 (53)
5.1.2 电流检测电路 (54)
5.1.3 a相电压过零检测及分频电路 (55)
5.1.4 直流侧电容电压检测电路 (56)
5.1.5 光耦隔离电路 (57)
5.2 控制系统的软件设计 (57)
5.2.1 主程序 (58)
5.2.2 中断服务程序 (59)
5.3 本章小结 (61)
第六章总结与展望 (62)
参考文献 (63)
致谢 (67)
攻读硕士学位期间发表的论文 (68)
第一章绪论
电能是人们社会生活和生产中的重要能源，优质的电能是人们一直追求的目标。我们希望电力系统的交流电压和交流电流是理想的正弦波形，但是实际上并不能实现，接入电网中的各种非线性负载所引起的谐波电流注入电网，是使供电电压和电流产生畸变、电能质量下降的主要原因[1]。谐波作为评价电能质量的一个重要因素，已引起人们越来越多的关注。随着社会的发展和科技的进步，人们对电能质量的要求日益严格，为保障供电用电双方的合法利益，必须采取有效的治理谐波的措施，严格控制电网中谐波的含量，才能确保电能的质量[2]。
本章从谐波的产生和危害出发，探讨了谐波治理的意义和主要方法，阐述了有源滤波技术的发展概况和国内外研究现状，最后介绍了本文研究的主要内容。
1.1 课题背景及意义
1.1.1 谐波的产生和危害
“谐波”这个名词最早来源于声学。在电力系统中，国际电工标准（IEC555-2，1982）和国际大电网会议(CIGRE)定义谐波为：“谐波分量为周期量的傅立叶级数中大于1的n次分量”；IEEE标准519-1981中定义谐波为：“谐波为一周期波或周期量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍”[3]。
早在上世纪初，电力系统的谐波就引起了人们的关注。直到上世纪50-60年代，因为高压直流输电技术的飞速发展，才出现了大量关于电力系统谐波的论文[1]。
电网中，我们希望交流电压和交流电流的波形是正弦波形，在发电机、变压器等设备正常运行时，是不会产生明显的谐波，但是由于近年来，电网中大量电力电子设备的应用，使得电压和电流的波形都产生了严重的畸变，出现了大量的谐波。电网中主要有以下两类谐波源[4]：
（1）含有半导体的设备，如常见的整流器、逆变器、变频器等；
（2）含有电弧和铁磁元件的设备，如电焊机、电弧炉等。
电力系统中谐波污染直接对电力系统的发输配电系统和接入电网的各种用电设备甚至其它系统造成严重的危害，主要表现有[1][5]：
（1）给发输配电系统造成的影响。如谐波使电网元件产生了附加的谐波损耗，使发电、输电的效率大为降低；谐波可能引起电网中局部谐振，造成严重的安全事故等。
（2）给电网中用电设备造成的影响。如使电机产生附加损耗；使日光灯的镇流器过热甚至损坏等。
（3）对其它系统的影响。如谐波会使周边的通信设备受干扰，直接影响通信效果，严重时甚至会导致整个通信系统瘫痪；谐波也可造成控制系统不能正常工作，可靠性下降等。
电力系统中谐波的危害实在太多，而用户对电能的质量要求却越来越高，因此治理谐波刻不容缓。
1.1.2谐波治理的方法
为有效的治理电力系统中的谐波，将谐波的危害降到最低，目前主要有三类方法[6]。
（1）主动治理谐波法。就是从谐波的来源出发，改造产生谐波的设备，使之产生的谐波在允许范围内，或者根本不产生谐波（甚至功率因数为1）。主动治理谐波的措施有：增加产生谐波的整流装置的相数、采用脉宽调制（PWM Pulse Width Modulation
，）技术、采用多重化技术、采用软开关技术等。
（2）被动治理谐波法。就是使用谐波补偿装置，滤除谐波源产生的谐波，使得流入电网的谐波尽可能少。被动治理谐波措施有：无源滤波器(PF, Passive Filter)滤除谐波；有源电力滤波器（APF, Active Power Filter）滤除谐波；混合有源电力滤波器（HAPF, Hybrid Active Power Filter）滤除谐波。
（3）受端治理法。就是从受谐波影响的设备或系统出发，提高设备或系统的电磁兼容性能，减少其受谐波的干扰。受端治理的措施主要有：使用更加合适的电源；提高设备或系统自身的抗干扰性能等。
作为一种主动的谐波治理方法，主动治理谐波法的目标是对谐波源本身进行改进，而不是改善整个电网性能。受端治理只是减少设备或系统受谐波的干扰，而没有从根本上消除谐波危害的隐患。对于整个电网来说，被动治理谐波法应是最有效治理谐波的手段[7]。
被动治理谐波法中PF成本低，结构简单，还可对无功进行补偿，且技术比较成熟，是目前使用最为普遍的谐波治理工具。不过仍有不少缺点：PF的滤波效果受电网参数影响，可能与电网一起产生谐振，使PF过载甚至烧毁；PF只能补偿某些固定次数的谐波，对于运行中谐波次数会产生变化的负载，谐波治理的效果并不好 [8]。
随着电力电子技术的不断发展，APF逐渐成为治理谐波的主要方法之一。与PF相比，APF具有以下一些优点：APF能对快速变化的谐波电流进行实时的精确补偿，且补偿效果不受电网参数影响，用一个APF就能完成各次谐波的治理[9]。
HAPF兼具PF造价低和APF性能好的优点，属于APF的分支。
APF和HAPF是治理谐波的最有效工具。以前由于受到功率器件制造水平的限制，APF未能得到快速发展。随着各种新型功率器件的出现，各种实用控制算法的提出，以及数字控制技术的不断进步，使得APF步入了实际应用阶段。
1.2 有源电力滤波器的研究现状和发展趋势
APF的发展最早可以追溯到上世纪60年代，70年代正式确立了有源滤波的概念和基本原理。但是由于受到当时功率器件制造水平的限制，全控型功率器件功率小、频率低，使得APF只局限于实验研究。进入 80年代以后，随着各种新型功率器件(GTR,GTO,IGBT等)的出现，以及各种实用的谐波检测方法及跟踪控制算法的提出，使得APF得到迅速完善和发展，特别是赤木泰文等人提出的“三相电路瞬时无功理论”，很好地解决了谐波和无功电流的瞬时检测问题，使得APF的研究取得了新的突破，逐渐在工业场合得到广泛应用，进入实际应用阶段[10]。
随后几十年，有源电力滤波器发展迅速，技术也越来越成熟。1990年，日本科学家H. Fujit.等提出将APF与PF串联混合使用的滤波方案，几年后，日本的研究人员又针对未来电力系统提出了一种新的称做统一电能质量调节器（UPQC，Unified Power Quality Conditioner）的APF拓扑结构。
在日本、德国、美国等发达国家APF的应用得到了高度重视，已经广泛用于国民经济的各个生产部门。当前，全球生产APF的主要厂商有三菱电机、西门子等。在日本，已有很多台APF投入生产中运行，容量从50KVA到60MVA 不等。我们国家在APF方面的研究起步较晚，直到上世纪九十年代，一些研究机构才开始进行有关APF的研究，但是这些研究得到了学术界和企业界的鼎力支持，为之学术界和企业界投入了大量的人力和物力，目前已经有不少产品问世并投入使用，不过和工业发达的国家相比还是有一定的差距[11]。
近年来，关于APF的论文、专著相继得到发表或出版，面向企业配电网的APF也不断投入到工业实用中，这些都极大地推动了APF的发展，目前，关于APF的研究主要集中在以下几个方面[12]：
（1）合理的主电路设计。主电路的参数直接影响APF的性价比，因此需要认真选取每个参数，比如变流器直流侧电容的容量大小、两端电压值及交流侧
电感值、电容值等。
（2）更为完善的谐波电流检测理论。目前的谐波电流的检测方法绝大多数都是以瞬时无功理论为基础的，但是一些量的物理概念在瞬时无功功率理论中还是很模糊，不是很容易让人理解；此外在实用中，还必须解决延时问题；我们还要注意补偿的灵活性，如选择性的补偿某次或某些谐波[9]。
（3）快速、准确的补偿电流跟踪能力。APF系统对补偿电流的跟踪能力直接决定了APF的补偿性能。随着先进的数字信号处理器（DSP）、单片机的出现，采用数字控制来实现对APF的控制已成为APF的发展趋势之一。另外那些易于用数字方法实现的先进控制算法，如预测电流控制技术也必将成为APF研究的热点[10]。
（4）降低装置容量。在同等容量下，APF的造价要远远高于PF，为降低APF 的容量，可以将APF和PF混合使用，以提高系统的容量和总体的补偿效果。另有研究人员提出了一些其它的主电路拓扑结构，如注入回路方式等，以降低APF 成本。
（5）系统的数字化和多功能化。提高APF系统的可靠性，降低系统的损耗。增加滤波器的功能，使其不仅可以补偿谐波电流，还可以补偿无功、显示各次谐波含量等。
1.3本文的主要内容
本文主要进行了以下几个方面的研究。
（1）介绍了APF的研究现状、发展趋势和基本原理；从几个不同角度对APF进行了细致的分类。深入研究了三相三线制并联型APF的工作原理，对其主电路进行了数学建模。
（2）介绍了已有的主要谐波电流检测方法。详细分析了基于瞬时无功功率理论的i p-i q法，通过采用模拟滤波和数字滤波相结合的方法，较好的减少了数字采样中混叠现象引起的谐波电流检测误差。相位补偿角的引入，减少了数字系统中延时引起的谐波电流检测误差。
（3）比较了APF电流环常用的几种控制方法。对电流环采用模糊自整定PI 控制和重复控制分别进行了分析，总结了两种方法各自的优缺点。最后提出了采用模糊自整定PI加重复控制的复合控制方法，通过仿真证明了复合控制能很好地保证系统的静态和动态性能。
（4）介绍了并联型APF控制系统的硬件设计和软件设计。
中南大学硕士学位论文 第二章 有源电力滤波器的原理及结构
第二章 有源电力滤波器的原理及结构
有源电力滤波器是一种既能动态治理谐波又能补偿无功的电力电子装置。它能对幅值及频率变化的谐波甚至变化的无功进行补偿，而又可以克服LC 滤波器等传统的谐波治理和无功补偿方法的缺点，所以成为了目前谐波治理和无功补偿的研究热点。 本章首先介绍APF 的基本工作原理，然后介绍了APF 的分类。最后详细介绍了三相三线制并联型APF 的主电路并给出了数学模型。
2.1 有源电力滤波器的基本原理
并联型APF 和串联型APF 是APF 最基本的两种结构，较之串联型APF ，并联型APF 在实际应用中用得更多。图2-1所示为最基本的并联型APF 系统结构图。
图中s e 是交流电源，电源电流为s i ，作为谐波源的非线性负载，在带来大量谐波的同时，还消耗无功功率。其中指令电流运算电路的主要作用是通过检测得到补偿对象负载电流中的谐波和无功等需补偿的电流分量。补偿电流发生电路包括电流跟踪控制电路、驱动电路及主电路三部分，其主要作用是根据指令电流运算电路得到的需补偿电流的指令信号，控制主电路产生实际的补偿电流。这两大部分共同组成了APF 系统。主电路目前大都采用PWM 变流器。作为主电路的PWM 变流器既工作在逆变又工作在整流状态，而且两种状态不能明显分别，故在本论文中将其称为变流器。
图2-1 并联型有源电力滤波器系统结构图
APF 的基本工作原理是，通过电压和电流传感器实时检测补偿对象(非线性负载)的电压和电流信号，然后经指令电流运算电路计算出补偿电流指令信号，以此信号作为参考输入去控制变流器，使变流器输出与补偿电流大小相等、相位相反的实际补偿电流，以实现谐波及无功补偿的目的，最终得到期望的电源电流。
如图2-1，假如要抑制电流中的谐波，则可以通过APF 的指令电流运算电
路，得到负载电流L i 中需补偿的谐波分量Lh i ，
再将Lh i 反极性后得到*c i ，把*
c i 作为补偿电流的指令信号，使补偿电流发生电路产生实际补偿电流c i ，它与Lh i 大小相等、方向相反，两者之和为0，可以相互抵消，使得s i 中只含基波分量Lf i ，谐波分量全部滤除。这样抑制s i 中谐波电流的目的就达到了。上述原理可以用以下的公式组表示：
s L c L Lf Lh c
Lh s L c Lf i i i i i i i i i i i i =+??=+??=???=+=?
（2-1） 当APF 既要补偿谐波又要补偿负载消耗的无功功率时，则只要在*c i 中增加与L i 的基波无功电流分量大小相等、极性相反的成分就可以了。这样，c i 就可以将L i 中的谐波及无功电流成分抵消掉，s i 只包含L i 的基波有功分量。补偿以后的s i 波形将是一个与电源电压频率、相位皆相同的标准正弦波，则APF 不但可以有效的抑制谐波而且能补偿无功，理想情况下可实现单位功率因数[1]。 2.2 有源电力滤波器的分类
经过几十年的发展，有源电力滤波器衍生出了很多种类型，它们的工作原理不完全一致，分类方式也各种各样。
按变流器直流侧储能元件的不同，有源电力滤波器可以分为电流源型APF 和电压源型APF ；按供电系统类型分类，有源电力滤波器可分为单相APF 和三相APF 两种，其中三相的包括三相三线制APF 、三相四线制APF 等；按与电网的连接方式分类，有源电力滤波器可分为并联型APF 和串联型APF 以及混合型APF 三大类[1] [12]。
2.2.1按变流器直流侧储能元件分类
从变流器直流侧储能元件这个角度，APF 可以分为：电流源型APF 和电压源型APF 。APF 主电路中，为了实现补偿目的，直流侧必须要与交流侧交换能
量，这就要求主电路的直流侧要有储能元件，既可以用大电感储能，又可以用大电容储能。因此APF既有直流侧储能元件采用电感的电流源型APF又有直流侧储能元件采用电容的电压源型APF。
电流源型APF如图2-2所示。在正常工作情况下，流经大电感的电流变化非常小，具有电流源的性质。由于电流源型APF直流侧的储能元件是电感，故在装置发生短路等故障时，可以阻碍电流的急剧变化。但由于一直有电流流过电感，在电感的内阻不能忽略情况下，电感将消耗较多的能量，因此，电流源型APF不适用于大容量系统，目前使用较少 [13]。
电压源型APF如图2-3所示。在正常工作情况下，大电容两端的电压波动非常小，具有电压源的性质。电压源型APF通过控制变流器的输出电压而得到所需要的补偿电流。电压源型APF损耗小、效率高、性价比高，特别适用于电网级别的谐波治理。但它存在一个致命的缺点：由于直流侧为电容，如果变流器的某个桥臂发生短路，就会造成直流贯通短路，造成很大的危害，这就对主电路的保护提出很高的要求。目前电压源型APF技术相对成熟、完善，市场占有率在90%以上。
L dc APF
C dc APF
图2-2 电流源型APF 图2-3 电压源型APF 本文选择使用的主电路结构为电压源型。
2.2.2按供电系统类型分类
根据供电系统的不同，可将APF分为单相APF和三相APF，其中三相APF又可分为三相三线制APF和三相四线制APF。
单相APF用于抑制单相系统的谐波，一般用于小功率场合，比如医院、学校以及小型工厂等。单相负荷一般都是由三相四线制系统供电的，这些负荷不仅给三相四线制系统带来了谐波和无功电流，还容易使三相四线制系统不平衡。三相四线制APF的研制就是为了抑制这类系统出现的谐波。三相三线制APF，用于治理三相三线系统的谐波，实际应用中占多数，因此本文主要研究的就是三相三线制APF。
2.2.3按与电网的连接方式分类
从与电网的连接方式这个角度分类，APF 可分为并联型APF 和串联型APF 以及并联和串联一起使用的混合型APF 三大类。 有源电力滤波器并联型并联混合型
串联型
单独使用方式
注入回路方式
串联APF＋并联PF
单独使用方式
并联APF＋并联PF
APF与PF串联后并联接入电网
并联谐振式
串联谐振式
并联APF＋串联APF
图2-4 APF 连接方式分类
（1）并联型APF
并联型APF 是APF 中最基本的一种结构，同时也是现在工业中实际应用最多的一种APF 。
并联型APF 与负载并联接入电网，主要用于电流型负载的谐波补偿。它可等效为一个受控电流源，通过向电网注入与谐波电流大小相等，极性相反的补偿电流，来抵消谐波源所引起的谐波，从而达到谐波治理的目的。
如图2-5，单独使用的并联型APF 具有很多优点，比如可实现的功能比较灵活、保护简单等优点。但由于电源电压是直接加在变流器上，因此对变流器的功率器件的耐压等级要求比较高，全部谐波电流的补偿任务差不多全由APF 承担，在负载谐波含量较高时，这就需要APF 的容量很大，使得成本较高。
图2-5 单独使用的并联型APF
在使用APF的同时，可采用PF来承担大部分滤波任务以降低并联型APF的容量，较之APF，PF结构简单、易实现，且成本低，两者结合同时使用，不仅扩大了补偿装置的补偿容量，还降低了补偿装置的的成本，使整个系统获得良好的性能，在补偿任务相同的情况下减小了APF的容量[14]。并联型APF与PF 混合使用的方式有并联和串联两种，如图2-6，图2-7。
图2-6 并联型APF与PF并联混合使用图2-7 并联型 APF与PF串联混合使用
APF的容量由其承受的电压和流经的电流共同决定，为减小APF的容量，降低功率器件的耐压等级，可设法使APF所承受的电压降低。为了减小单独使用的APF上承受的电网电压，可以利用电感电容电路的谐振特性，使得APF只需承受很小部分的电网电压，从而极大地减小APF的容量。串联谐振式注入型APF和并联谐振式注入型APF分别如图2-8，图2-9所示。
图2-8 串联谐振式注入型APF 图2-9 并联谐振式注入型APF
（2）串联型APF
串联型APF通过耦合变压器串联到输电网络中，是另一种基本的APF结构，它等效于一个受控电压源，通过跟踪谐波源电压中的谐波分量，产生极性与之相反的谐波电压，从而抑制谐波源引起的谐波电压。
串联型APF能补偿电压性质的谐波，特别适用于对电压敏感的负载，容量小，运行效率高，这是它的最大优点。但与并联型APF相比，串联型APF的主要缺点是不能补偿电流性质的谐波，且流过的负载电流很大，因此损耗较大；此外串联型有源电力滤波器的投切、以及各种保护措施较为复杂。目前单独使用串联型APF的例子较少，研究一般集中在其与PF并联混合使用，如图2-11
所示。
图2-10 单独使用的串联型APF 图2-11 串联型APF与PF并联混合使用
（3）并联型APF与串联型APF混合使用
1994年，提出了一种并联型APF和串联型APF混合使用的新型APF拓扑结构，这种HAPF也叫做统一电能质量调节器 [15]。UPQC具有两种APF的共同的优点，是针对未来电力系统设计的，目前制造这种APF的成本相当高，图2-12给出了UPQC的拓扑结构。
图2-12 并联型APF与串联型APF混合使用
2.3 并联型有源电力滤波器主电路的研究
2.3.1并联型有源电力滤波器主电路的数学模型
三相三线制电压源型APF在APF的实际工业应用中占大多数。其中，单独使用的并联型APF是最基本的一种，在工业中也应用最广泛。故本文主要研究了三相三线制单独使用的并联型APF，对于单相或三相四线制的系统，只需在三相三线制的基础上适当变化即可，对此不再详细介绍[16]。
要想有效地分析和研究有源电力滤波器，必先建立有源电力滤波器的数学模型。本文研究的APF的主电路结构见图2-13。
e b
e c e N
V dc
u
图2-13 并联型有源电力滤波器主电路结构图 如图2-13所示，为了对开关纹波更好的吸收，变流器输出滤波采用LCL 滤波器[17]。1L 为变流器侧滤波电感，2L 为电网侧滤波电感，C 为滤波电容，d C 为变流器直流侧电容，N V 是电容负端相对电源公共点的电压，ac i ,bc i ,cc i 为补偿电
流。开关纹波电流主要流入LCL 中的电容，基本不流入电网。变流器的交流侧可用公式描述为
231121223112122311212()()()a ac ac a ar b bc bc b br c cc cc c cr d e di d i e L C L L L L C u dt dt dt d e di d i e L C L L L L C u dt dt dt d e di d i e L C L L L L C u dt dt dt ???++=?????++=?????++=??
（2-2） 其中
ar a dc N br b dc N cr
c dc N u S u V u S u V u S u V =+??=+??=+? （2-3） 式中,,a b c S S S 是开关函数。其取值原则如下：当i 桥臂的上管导通，下管截止时
i S =1；当i 桥臂的下管导通，上管截止时i S =0。其中i =a ，b ，c 。
流经变流器直流侧电容的电流为
()dc dc a ac b bc c cc du C i S i S i S i dt
==++ （2-4） 在对称的三相三线制系统中，三相电流之和始终为零，即
0ac bc cc i i i ++= （2-5） 由式（2-2）、式（2-3）、式（2-4）和式（2-5）则可以推导出
()()1133
N ar br cr a b c dc V u u u S S S u =++?++ （2-6）
APF 主电路中功率器件的通断，是由采样时刻处补偿电流指令信号、实际补偿电流和指令信号的偏差、i S 取值原则三者共同决定。
2.3.2 LCL 滤波器的设计
将APF 结构化简，可得到其LCL 等效原理图，如图2-14所示。通过LCL 滤波器，可把PWM 变流器输出的电压信号转变成需补偿的谐波电流，最后注入电网。在变流器输出的电压中含有变流器开关频率及其附近的谐波，应避免流入电网[18]。
1L 接变流器，把变流器输出的电压信号转换为谐波电流信号1I ，由于电感可以阻碍流经其电流的变化，故可在一定程度上进行滤波。2L 与C 可对1I 中高频的开关频率及其附近的谐波进行滤波，滤波的效果由2L 和C 在开关频率及其附近的阻抗来确定，最后得到输出的补偿电流2I 。由于2L 和C 的滤波，2I 中的开关纹波比1I 要小。1L 越大，2L 和C 所要滤除的开关纹波成分就越小，这样虽然可以减小C 的大小，但是增大1L 会影响APF 的动态性能，使补偿效果最终变差[19]。
L in
U s e
图2-14 LCL 单相等效原理图 设1L 、2L 和C 的内阻分别为1L R 、2L R 和C R ，根据LCL 等效原理图，可得到LCL 的传递函数
2323210
()()()()in I s P s H s U s Q s Q s Q s Q ==+++ (2-7) 其中()1C P s R Cs =+，312Q L L C =，21212[()()]L C L C Q R R L R R L C =+++，212112()L C L L C Q R R R C R R C L L =++++，120L L Q R R =+。
1L R 、2L R 和C R 的阻值很小，若忽略，则()H s 可以简化为
312121()()H s L L Cs L L s
=++ (2-8)
图2-15为在电感值相等下，LCL 滤波器和L 滤波器的波特图。
图2-15 LCL 滤波器和L 滤波器波特图比较 由图2-15可知，在频率较低时，LCL 滤波器和L 滤波器一样，都是以20 dB/10倍频的速率衰减，但是在频率很高时，LCL 滤波器是以60 dB/10倍频的速率衰减，而L 滤波器却仍然是以20 dB/10倍频的速率衰减，由此可见，在频率较高时，LCL 滤波器的滤波性能要比L 滤波器好。
但是LCL 滤波器存在谐振峰，必须采取抑制措施，其谐振角频率为
o ω=
（2-9） LCL 滤波器是在LC 滤波器的基础上添加了一个网侧电感而成，相当于使电网阻抗值增大了，这样用很小的电容就可得到良好的滤波效果，从而使流入电网的变流器开关纹波减少了。
将2L 等效到电网内部的阻抗，就可以LCL 滤波器的设计简化成LC 滤波器的设计，等效电路图如图2-16所示。
in
U sys Z
图2-16 LCL 简化单相等效原理图
工学院毕业设计（论文） 题目：电力有源滤波器的设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气082 姓名：邓大伟 学号： 1609080203 指导教师：国海 日期： 2011年12月22日
目录 摘要： (1) 1 绪论 (2) 1.1概述 (2) 1.2抑制谐波的方法 (2) 1.3本文研究的内容 (3) 2 APF的工作原理和结构 (4) 2.1APF的基本原理和种类 (4) 2.2APF的谐波检测方法 (5) 2.3APF的补偿电流控制方法 (6) 3 有源电力滤波器谐波检测及控制策略 (8) 3.1瞬时无功功率理论简介及其应用 (8) 3.2SVPWM调制策略 (10) 4 控制系统的总体设计方案 (14) 4.1系统初始化程序的设计 (14) 4.2中断子程序设计 (14) 4.3I P-I Q法补偿谐波和无功电流的原理框图 (15) 5 电力有源滤波器的仿真实现 (17) 5.1源电力滤波器仿真模型的建立 (17) 5.2结果仿真 (21) 总结与展望 (25) 致谢 (26) 参考文献 (27) ABSTRACT: (28)
电力有源滤波器的设计 摘要：随着电力电子装置日益广泛的应用，电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波，这些谐波给电力系统带来了严重的污染，严重危害了用电设备和通信系统的稳定运行。虽然传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点，但同时也有一些缺点，例如只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会与电网阻抗产生谐振反而而使谐波放大。 目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器，有源电力滤波器也是一种电力电子装置，且相关技术的研究也日渐成为研究的热点。本文阐述了几种常见APF的拓扑结构及各自的优缺点，详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，比例控制和前馈控制两种电流环控制策略以及SPWM和SVPWM两种调制策略。介绍了电力有源滤波器的基本原理和结构，并设计了并联型有源电力滤波器的控制系统，实验结果表明,其谐波抑制和无功补偿可以达到良好的效果,在技术上是可行的。 关键词：电力有源滤波器;谐波检测 ;APF
1 引言 近年来，公用电网受到谐波电流和谐波电压的严重污染，而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用，电网中的谐波污染也日益严重，谐波污染影响到供电质量和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。 滤波器在本质上是一种频率选择电路，通常用幅频响应和相位响应来表征一个滤波电路的特性。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的相互位置不同，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通5类。有源滤波器采用有源器件需要使用电源，加上功耗较大且集成运放的带宽有限，因此目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高，一般不能用于高频场合。但总的来讲有源滤波器在低频(低于1MHz)场合中使用有较无源滤波器更优的性能，因而目前在音频处理、工业测控等领域广泛应用。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置，能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比，有以下几点突出的优点： (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制，且可提高功率因数； (2)系统阻抗和频率发生波动时，不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响； (3)不会产生谐振现象，且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化； (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿； (5)不存在过载问题，即当系统中谐波较大时，装置仍可运行，无需断开。 由以上可看出，它克服了传统的无源滤波器的缺点，具有良好的调节性能，因而有很大的发展前途。
并联混合型有源电力滤波器的研究随着电力电子装置的大量使用，电力系统的谐波和不对称问题日益严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生。因此，需要对电网谐波采取有效的抑制措施。通常使用传统LC无源滤波器来控制电力系统中的谐波，但无源滤波器 有以下几个缺点：（1）电源及线路的阻抗影响补偿特性;(2)电源端的阻抗和无源滤波器会产生谐振，导致某些谐波放大；（3）只能补偿一定频率的谐波。电力有源滤波器可以减少上述缺点，但其初期投资运行费用较高，这主要由于它采用响应较快的PWM变流器。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器( Active PowerFilter，APF)。APF 是一种可以动态地抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，对大小和频率都变化的谐波和无功进行补偿，其应用可克服LC 滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。 并联混合型有源电力滤波器(APF)由两大部分组成：指令电流运算电路和补偿电流发生电路。指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波电流分量，因此也可称为谐波电流检测电路。而补偿电流发生电路又包括电流跟踪电路、驱动电路和主电路三部分。并联混合型有源电力滤波器(APF)的基本原理是：由无源滤波器滤除负载中大部分的谐波，同时将负载和无源滤波器看成一个补偿对象，使用有源滤波器进行动态补偿，有源滤波器检测补偿对象的电压和电流。经指令电流运算电路计算得出指令电流的补偿信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流。补偿电流与负载电流要补偿的谐波电流抵消，最终得到期望的电源电流。APF 系统的原理如图1 所示。ua是电压us中的a 相电压，负载为谐波源，产生谐波并消耗无功，Udc为APF 直流侧电容的电压，iL、is分别为负载侧、网侧的a 相待检测电流，ic为有源滤波器a相的补偿电流。 APF 检测补偿对象的电压和电流，计算出补放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波电流抵消，最终得到期望的电源电流。
电网谐波及其抑制
电网谐波及其抑制 ㈠电网谐波的有关概念 ⒈电网谐波的含义及其计算 谐波(harmonic)，是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数(Fourier series)分析所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。而基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。 向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，称为谐波源(harmonic source)。 就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说，可认为其波形基本上是正弦量，即电压波形中基本上无直流和谐波分量。但是由于电力系统中存在着各种各样的“谐波源”，特别是随着大型变流设备和电弧炉等的广泛应用，使得高次谐波的干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策。 按GB/T14549-93《电能质量·公用电网谐波》规定，第h次谐波电压含有率
(HRU h)按下公式计算： HRU h=U h / U1× 100% 式中，U h为第h次谐波电压(方均根值)；U1为基波电压(方均根值)。 第h次谐波电流含有率(HRI h)按下式计算： HRI h=I h / I1× 100% 式中，I h为第h次谐波电流(方均根值)；I1为基波电流(方均根值)。 谐波电压总含量(U H)按下式计算： 谐波电流总含量(I H)按下式计算： 电压总谐波畸变率(THD u)按下式计算： THD u =U H / U1× 100% 电流总谐波畸变率(THD i)按下式计算：
THD i= I H / I1× 100% ⒉谐波的产生与危害 电网谐波的产生，主要在于电力系统中存在的各种非线性元件。因此，即使电力系统中电源的电压为正弦波，但由于非线性元件的存在，结果在电网中总有谐波电流或电压存在。产生谐波的元件很多。例如荧光灯和高压汞灯等气体放电灯、感应电动机、电焊机、变压器和感应电炉等，都要产生谐波电流或电压。最为严重的是大型的晶闸管变流设备和大型电弧炉，他们产生的谐波电流最为突出，是造成电网谐波的主要因素。 谐波对电气设备的危害很大。谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，缩短使用寿命。谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机的铁心损耗明显增加，而且还要使电动机转子发生振动现象，严重影响机械加工的产品质量。谐波对电容器的影响更为突出，谐波电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波的阻抗很小，因此电容器很容易发生过负荷甚至造成
有源电力滤波器 有源电力滤波器（APF：Active power filter）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵销负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。 中文名有源电力滤波器 所属学科物理 外文名 Active power 所属领域电学 filter 英文简称 APF 种类 并联型和串联型
目录 1、概述 2、理论基础 3、工作原理 4、标准 5、三电平 ?技术优势 ?滤波器 ?基本应用 ?主要应用场合 ?其他 ?优势 6、性能说明 7、配件选型 1、概述 三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要APF；APF有并联型和串联型两种，前者用的多；并联有源滤波器主要是治理电流谐波，串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。 2、理论基础 有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振，但是价位相对高！实际应用安全系数很低，国际普遍做法是以变压器升压，来保证可靠性，国家相关部
门也要求以变压器升压的形式和有源滤波器结合，治理高压谐波！ 3、工作原理 Satons有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的 谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。 这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流
有源电力滤波器的应用 所在学院：信息科学与工程学院 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师：
有源电力滤波器的应用 上学期我们学习了《电力电子技术》这门课，通过这门课的学习我了解到：以非线性负载为主产生的谐波会对电力系统形成很大的危害，而传统的电力电子装置本身就是产生谐波的主要污染源。要想抑制电力电子装置和其它谐波源造成的电力系统谐波，基本思路有两条：一是装设补偿装置，设法补偿其产生的谐波；而是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，同时也不消耗无功功率，或者根据需要能对其功率因数进行控制，即采用高功率因数变流器。 装设LC 调谐滤波器是传统的补偿谐波的主要手段。LC 调谐滤波器虽然存在很多缺陷，但其结构简单，既可补偿谐波，又可补偿无功，一直被广泛应用与电力系统中谐波和无功功率补偿。目前的趋势是采用先进的电力电子装置进行谐波补偿，这就是有源电力滤波器（APF ）。与LC 无源滤波器相比，有源滤波器具有明显的优越性能，能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，而且补偿特性不受电网频率和阻抗的影响。有源电力滤波器的变流电路可以分为电压型和电流型。从与补偿对象的连接方式看，有源电力滤波器又可分为并联型和串联型。电压型和并联型在实际中应用较广。 本学期做了一个谐波的产生和抑制的实验，其中谐波是由三相桥式整流电路这一非线性负载产生的，在实验中采用了两种抑制谐波的方法，一种是并联无功补偿电容器和LC 滤波器，另一种是并联一个有源电力滤波器。目标是经过这两次滤波，使谐波电流的畸变率降到5%左右。 有源电力滤波器基本原理如下图1所示。设负载电流为l i ，谐波检测器从负载电流中检测出谐波电流h i ，令指令电流*c h i i =-，补偿电流控制算法控制逆变 器产生补偿电流*c c i i =，注入母线，抵消负载电流中的谐波，达到抑制谐波电流流向电源的目的。系统由四个主要部分组成有源滤波主电路、外围驱动板、谐波检测器 、DSP 器件。
供电系统中的谐波及其抑制 发布者：admin 发布时间：2006-6-27 15:48:56 来自：互联网浏览统计:20 减小字体增大字体一、概述 在理想的情况下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50Hz为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。 供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注，为保证供电系统中所有的电气，电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作，必须采取有力的措施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。 二、谐波产生的原因 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。 在发电环节，当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。 在其它几个环节中，谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。
三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理 0 引言 并联有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置，近年来，有源电力滤波器的理论研究和应用均取得了较大的成功。对其主电路（VSI）参数的设计也进行了许多探讨，但是，目前交流侧滤波电感还没有十分有效的设计方法，然而该电感对有源滤波器的补偿性能十分关键。本文通过分析有源电力滤波器的交流侧滤波电感对电流补偿性能的影响，在满足一定效率的条件下，探讨了该电感的优化设计方法，仿真和实验初步表明该方法是有效的。 1 三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理 图1为三相四线制并联型有源电力滤波器的结构。主电路采用电容中点式的电压型逆变器。电流跟踪控制方式采用滞环控制。 图1 三相四线制并联型有源滤波器的结构 以图2的单相控制为例，分析滞环控制PWM调制方式实现电流跟踪的原理。在该控制方式中，指令电流计算电路产生的指令信号ic＊与实际的补偿电流信号ic进行比较，两者的偏差作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制主电路的PWM的信号，此信号再通过死区和驱动控制电路，用于驱动相应桥臂的上、下两只功率器件，从而实现电流ic的控制。 图2 滞环控制PWM调制方式实现电流跟踪的原理图 以图3中A相半桥为例分析电路的工作过程。开关器件S1和S4组成A相的半桥变换器，电容C1和C2为储能元件。uc1和uc2为相应电容上的电压。为了能使半桥变换器正常跟踪指令电流，应使其电压uc1和uc2大于输入电压的峰值。 （a）ica>0,dica/dt>0（b）ica>0,dica/dt<0
（c）ica<0,dica/dt<0（d）ica<0,dica/dt>0 图3 电压型逆变器A相工作过程图 当电流ica>0时，若S1关断，S4导通，则电流流经S4使电容C2放电，如图3（a）所示，同时，由于uc2大于输入电压的峰值，故电流ica增大（dica/dt>0）。对应于图4中的t0～t1时间段。 当电流增大到ica＊＋δ时（其中ica＊为指令电流，δ为滞环宽度），在如前所述的滞环控制方式下，使得电路状态转换到图3（b），即S4关断，电流流经S1的反并二极管给电容C1充电，同时电流ica下降（dica/dt<0）。相对应于图4中的t1～t2时间段。 图4 滞环控制PWM调制器的工作状态 同样的道理可以分析ica<0的情况。通过整个电路工作情况分析，得出在滞环PWM 调制电路的控制下，通过半桥变换器上下桥臂开关管的开通和关断，可使得其产生的电流在一个差带宽度为2δ的范围内跟踪指令电流的变化。 当有源滤波器的主电路采用电容中点式拓扑时，A，B，C三相的滞环控制脉冲是相对独立的。其他两相的工作情况与此相同。 2 滤波电感对补偿精度的影响 非线性负载为三相不控整流桥带电阻负载，非线性负载交流侧电流iLa及其基波分量如图5所示（以下单相分析均以A相为例）。指令电流和实际补偿电流如图6所示。当指令电流变化相对平缓时（如从π/2到5π/6段），电流跟踪效果好，此时，网侧电流波形较好。而当指令电流变化很快时（从π/6开始的一小段），电流跟踪误差很大；这样会造成补偿后网侧电流的尖刺。使网侧电流补偿精度较低。
有源电力滤波器(APF)品牌排行 当前，市场上生产有源电力滤波器的厂家很多，各个品牌参差不齐，且国家标准未正式出台，所以只能挑选出一些市场上一些主流的APF品牌，从质量、稳定性各方面介绍一下当前市场上主流有源电力滤波器品牌的市场情况： 合资主流品牌：霍尼韦尔、GE、诺基亚、ABB、施耐德、 传统的电气行业的几大合资品牌从稳定性、可靠性来说都依然是值得可靠信赖，但是技术参数比得上国内品牌，国内品牌因为竞争的缘故一味追求性能参数，产品稳定性大打折扣，合资品牌的价格都相对较高，一般市场标价达2000~4000元/A。传统的合资品牌西门子貌似还没有APF。 国产一线品牌：南京亚派麦克斯韦电气深圳盛弘上海思源赛博电气深圳英纳仕追日电气........数百家品牌 估计国内生产APF的厂家有上百家，以上品牌都是最近2年广告比较多的品牌，推广力度比较大而已。但是参差不齐。国产品牌的通病就是质量不稳定，国产品牌没有7年以上的应用案例，价格也不一定便宜，国产品牌的价格一般是合资的50%~100%。有源电力滤波器的核心器件比如IGBT、电容器、CPU等国内电子元件技术都不稳定，所以国内生产APF 的厂家大多依靠进口国外品牌的核心元器件，然后再在国内组装，所以成本总体也不低，主要是人工成本较低。另外国产有源电力滤波器的通病就是并联技术，IGBT并联技术还不过关。但是未来的趋势肯定是核心器件国产化后，国内APF厂家的价格也许才会真正降到很低。 另外，有源电力滤波器出来10年左右，市场上有部分打着国外欧美公司品牌(如意大利、美国)的旗号，游龙混杂，有些品牌名字看着大气，实际上是国内生产的，满足国内市场扬眉崇外的心理，所以要注意辨别。
电力系统谐波及其抑制方法 发表时间：2019-01-09T10:01:01.477Z 来源：《电力设备》2018年第24期作者：潘国英[导读] 摘要：20世纪80年代以来,随着电力电子技术的发,电力系统的发展及电力市场的开放,各种非线性负载(谐波源)应用普及,产生的谐波对电网的污染日益严重,电能质量问题越来越引起广泛关注。 (佛山禅城供电局广东佛山 528000) 摘要：20世纪80年代以来,随着电力电子技术的发,电力系统的发展及电力市场的开放,各种非线性负载(谐波源)应用普及,产生的谐波对电网的污染日益严重,电能质量问题越来越引起广泛关注。因此,谐波及其抑制技术已成为国内外广泛关注的课题。从对六脉冲整流装置进行了 Matlab仿真,并对某商业企业用电设备谐波及无功进行了现场测试,得出了实际无功损耗和谐波含有量。从而更加清楚的分析了该企业谐波分布及供电系统存在的问题。最后依据测试数据及企业实际情况提出了改造方案,放弃投资较大的有源滤波器,设计使用以无源滤波器为基础的HTEQ系列高速动态消谐无功补偿设备进行无功补偿和谐波消除,通过对方案的可行性验证,验证了该动态补偿装置具有良好的电流跟进性能和补偿性能,在有限的投入下获得最大的效益,很好的解决了企业内谐波及无功的影响。关键词:整流装置;谐波抑制;动态无功补偿;Matlab仿真 一、前言 本文以佛山东方广场翡翠城用户电房谐波产生和处理方案为例，首先简单分析了电力系统无功功率及谐波的产生原因和危害,介绍了当前电力系统谐波抑制的方法,并对各种谐波抑制方法的优点和缺点做了简要的评述。本文采用HTEQ系列高速动态消谐无功补偿设备能够对商业性质用户设备进行高速跟踪无功补偿与谐波抑制,通过对负荷配电系统和运行状况实测结果进行分析计算,确定了无功补偿和谐波治理需求,在此基础上提出了动态消谐无功补偿的技术方案。 二、正文 1、东方广场翡翠城用户电房用电概况。 1.1用电情况简介 根据日常巡视数据得知，翡翠城0.4KV配电房3#变压器，额定容量为1000kV A，主要负载为商业西餐厅用电、广场音响、LED灯等；变压器低压侧配1套低压纯电容无功补偿装置，总安装容量为300kvar，电容器型号为450-30-3，投切器件为接触器，共10条支路；补偿柜投入一路30kvar；整个补偿柜的主刀熔开关为600A。 1.2目前设备概况 存在问题:补偿柜内部器件有导线及元件烧坏而且电容器衰减比较快,无法正常投运。目前，变压器最大负荷电流150A左右，只有一家西餐厅用电较大,偶尔有广场音响及灯；当运行电流为41~125A A时，补偿功率因数为.89~0.94，且补偿柜只投1条支路。 针对导线及元件烧坏及电容器衰减比较快现象进行信息采集，了解低压用配电系统的电能质量情况。 2、测量当前电能质量 1、测试地点：#3变压器低压总开关 2、测试仪器：CA8332电能质量分析仪 3、执行标准： 电能质量公用电网谐波 GB/T 14549 电能质量电压波动和闪变 GB/T 12326 广东鹰视能效科技有限公司 4、变压器总开关出线端电能质量测试数据如下： 变压器总开关测试时其用电情况为：运行电流41~125A，电压395V，视在功率45~58kV A；有功功率56kW；无功功率12kvar；功率因数0.89~0.94；谐波电流畸变率8.6~22.7%，谐波电压畸变率1.2%；主要谐波频谱为3次和5次; 变压器总开关出线端测试数据： 图1：电流值41~125A左右图2：电流谐波总畸变率8.6~22.7% 图3：电压值395V左右图4：电压谐波总畸变率1.2%左右
串联和并联电力滤波器的基本原理 谐波是交流系统中的概念，而纹波是针对直流系统来讲的，二者有区别，更有联系。交流滤波，是希望滤除工频（基波）分量以外的所有谐波分量，保证电源的正弦性。交流系统的电流畸变主要是由非线性负载引起的。而直流滤波，是希望滤除负载中直流分量以外的所有纹（谐）波分量，这些纹（谐）波分量主要是由直流电（压）源中的纹波电压分量在负载中引起的。直流系统中的纹波分量也是由各次谐波分量构成的。交流系统和直流系统中抑制谐波的目的是相同的：抑制不希望在电源或负载中出现的谐波分量。直流有源电力滤波器（DCAPF）与交流有源电力滤波器，都是采用主动的而不是被动的方法或手段去吸收或消除谐（纹）波。因而直流有源电力滤波器和交流有源电力滤波器的工作原理是相同或相近的。但是，由于作用的对象不同，直流有源电力滤波器也有自己的特点。与交流有源电力滤波器相似，按照其与直流负载的联结方式，直流有源电力滤波器也可分为串联直流有源电力滤波器和并联直流有源电力滤波器。串联直流有源电力滤波器的工作原理是：检测整流器经平波电抗器（无源滤波器）后的输出电压，通过低通滤波器将纹波电压分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电压，并使与的大小相等，相位相反，从而达到显著减小直流负载中纹波电流的目的。直流有源电力滤波器相当于电压控制电压源（VCVS）的逆变器。采用串联直流有源电力滤波器时，可以不必串联平波电抗器。并联直流有源电力滤波器的工作原理是：检测平波电抗器（无源滤波器）的输出电流Id＋ih，通过低通
滤波器将纹波电流ih分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah，使ih与iah的大小相等，相位相同，从而使直流负载上的纹波电流分流，达到减小直流负载中纹波电流的目的。直流有源电力滤波器相当于电流控制电流源（CCCS）的逆变器。也可以检测整流器经平波电抗器后的输出电压，通过低通滤波器将纹波电压分离出来，用此信号控制直流有源电力滤波器的输出电流iah，使直流负载上的纹波电流分流，同样可以达到降低直流负载中纹波电流的目的。虽然直流有源电力滤波器在理论上不能彻底消除负载端的纹波电流，但可以使其大幅度地衰减。这时，直流有源电力滤波器相当于电压控制电流源（VCCS）的逆变器。串联直流有源电力滤波器所抑制的是纹波电压，它通过全额负载电流。当负载电流较大时，直流有源电力滤波器必须采用多个器件并联运行，损耗也比较大，这是它的缺点。串联直流有源电力滤波器比较适合于对纹波电流要求低的电感量较小或纯阻性的直流负载。并联直流有源电力滤波器通过使谐波源产生的谐波电流分流达到抑制直流负载纹波的目的，它承受全额负载电压。而在稳定/脉冲直流电源中，这个电压不会太高，器件完全能够承受。当纹波电流比较低时，用较小的纹波电流来控制直流有源电力滤波器比较困难，可采用检测纹波电压来控制直流有源电力滤波器，使纹波电流分流。并联直流有源电力滤波器比较适合于电感量较大直流负载。
电力系统谐波抑制的仿真研究 目 录 １ 绪论…………………………………………………………………………… 1．1 课题背景及目的………………………………………………………… １．2国内外研究现状和进展………………………………………………… 1.2．１国外研究现状 …………………………………………………… 1．２.１国内研究现状 …………………………………………………… 1.3 本文的主要内容…………………………………………………………… ２ 有源电力滤波器及其谐波源研究……………………………………………… 2.1 谐波的基本概念………………………………………………………… 2.1.1 谐波的定义……………………………………………………… 2.1.2谐波的数学表达………………………………………………… 2.1．3电力系统谐波标准………………………………………………… 2.２ 谐波的产生……………………………………………………………… ２．3 谐波的危害和影响……………………………………………………… ２.4 谐波的基本防治方法…………………………………………………… 2.5无源电力滤波器简述…………………………………………………… 2.6 有源电力滤波器介绍…………………………………………………… 2.６.１ 有源滤波器的基本原理．……………………………………… 2.6．２ 有源电力滤波器的分类.……………………………… 2.７并联型有源电力滤波器的补偿特性…………………………………… 2.7．１谐波源………………………………………………………… 2.７．2有源电力滤波器补偿特性的基本要 求…………………………… ２.7.３影响有源电力滤波器补偿特性的因素…………………………… 2．7.4并联型有源电力滤波器补偿特性……………………………… 2.８ 谐波源的数学模型的研究……………………………………………… ２.8.1 单相桥式整流电路非线性负荷………………………………… 2.8.2 三相桥式整流电路非线性负荷.………………………………… ３ 基于瞬时无功功率的谐波检测方法…………………………………………… 3．1谐波检测的几种方法比较…………………………………………… 3.２三相电路瞬时无功功率理论…………………………………………… ３．２.１瞬时有功功率和瞬时无功功 率……………………………………… 3.2．2瞬时有功电流和瞬时无功电流……………………………………… 3.3 基于瞬时无功功率理论的p q -谐波检测算法．…………………… 3.４基于瞬时无功功率理论的p q i i -谐波检测法.…………………… ４并联有源电力滤波器的控制策略…………………………………………… 4.1并联型有源电力滤波器系统构成及其工作原理………………………… ４.2并联有源电力滤波器的控制研究.……………………………… ４．２.１并联有源电力滤波器直流侧电压控制…………………… 4．2．2有源电力滤波器电流跟踪控制技术…………………………… 4.2．２．1 P ＷM 控制原理………………………………………… ４.2.２.2滞环比较控制方
有源电力滤波器的基本原理和分类 1．有源电力滤波器的基本原理 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 图1 有源滤波器示意图 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。 图2 电压型有源滤波器
图3 电流型有源滤波器 2．有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。 图4 并联型有源滤波器 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。 图5 串联型有源滤波器 图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。 图6 混合型有源滤波器 图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些
并联型有源电力滤波器的Matlab仿真 摘要：并联混合型有源电力滤波器能够很好地实现谐波抑制和无功补偿。给出了有源电力滤波器系统结构，建立了数学模型， 还给出了主电路直流侧电容电压值和交流侧电感值的选取方法，利用Matlab＼simulink＼PsB构建了仿真模型，得到了仿真结果。 关键词：有源电力滤波器；直流侧电容电压；交流测电感：Matlab／simulink Abstract ：Shunt hybrid active power filter can commendably achieve hannonic suppression and reactive power compensation．In this paper,it shows the APF’s architecture and sets up amathematical model．And the way ofchoosing the value ofthe main circuit’s voltage ripple of DC side capacitor and the AC side inductance is proposed．MA TLAB＼Simulink＼PSB is used to build simulation model and then get the simulation results． Key words：APF；V oltage of DC side capacitor；AC side inductance；Matlab／Simulink 引言： 在谐波含量较高的配电网中，对无功功率补偿有着严格的要求。目前电力系统中无功补偿大都是采用机械开关控制的电容器投切，谐波补偿大多采用无源滤波装置，负序治理的工作尚未大范围开展。另外，无功补偿、负序电流补偿、谐波抑制是分别单独地进行的。由于不是按统一的数学模型综合地进行治理，常出现顾此失彼的情况，且响应速度慢、经济性差、安装维护工作量大，妨碍了电网污染治理工作的顺利进行。 1.有源滤波器的发展历史 有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波，改善电源电流波形的新方法。文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的基本原理。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器，确定了主电路的基本拓扑结构和控制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器，并讨论了实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的基础。然而，在20世纪70年代由于缺少大功率可关断器件，有源电力滤波器除了少数的实验室研究外，几乎没有任何进展。进入20世纪80年代以来，新型半导体器件的出现，PWM技术的发展，尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了“三相电路瞬时无功功率理论”，以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用，极大促进了有源电力滤波器的发展。 与无源滤波器相比，有源滤波器是一种主动型的补偿装置，具有较好的动态性能。有源电力滤波器是近年来电力电子领域的热门话题。目前，有源滤波技术已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用，有工业装置投入运行，其装置容量最高可达60MV.A；国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。 2、APF的基本工作原理 有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。它能对大小
有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT，控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。 有源电力滤波器是现代化工业的主要副产品之一，随着工业现代化程度提高，谐波的问题日益严重。这主要是现代化工业的用电方式发生了巨大的变化。传统工业的主要电力负荷是电动机和电阻加热设备，这些设备是线性负载，不会产生谐波电流。而现代化工业的主要电力负荷是电流变换器，包括变频器、中频炉、直流电机驱动器等，这些负荷都是非线性负载，工作时产生严重的谐波。 另一方面，大部分配电系统，包括变压器、开关柜、继电保护器、无功补偿柜等，都是按照线性负荷设计的。当实际负荷为非线性负荷时，对配电系统造成严重的危害，轻则导致系统过热、不稳定，重则损坏配电设备。 解决这个问题的最好方法就是在非线性设备的电源输入端安装有源电力滤波器，将非线性负荷转变为线性负荷，谐波导致的各种问题便迎刃而解。这种安装在设备的电源输入端的谐波滤波器就是设备级谐波滤波器。 有源电力滤波器的特殊要求 设备级有源电力滤波器与母线级谐波滤波器有不同的要求。设备级有源电力滤波器与所配的设备一同构成一个完整的系统，谐波滤波器的作用是保证这个系统的谐波电流发射满足特定的标准，例如，GB17625标准。因此，设备级有源电力滤波器要满足一下四个方面的要求： 1）不与系统发生不良作用：配装了谐波滤波器的设备可能在任何系统中使用，而任何情况下都不允许与系统之间发生不良的相互作用，例如与系统发生谐振，放大谐波电流。 2）不会导致超前的功率因数：设备配装了滤波器，功率因数要达到0.98以上，不允许出现过大的感性无功功率和容性无功功率； 3）滤波效果确定：滤波器与特定设备组合起来后，谐波电流发射必须是确定的，与系统的参数无关，这样才能确保设备安装了滤波器后，满足特定的要求；
电力谐波的产生原因及其抑制方法 随着工业的快速发展，在电力系统中，非线性负荷大量增加。这样的非线性负荷在电网中产生的干扰越来越严重，也越来越复杂化，使得电网的供电质量越来越差，对同一电网的其他用电设备和小型用户的影响越来越大。在电力系统中，谐波污染与电磁干扰、功率因数降低成为了三大公害。 一、谐波产生的原因 谐波是指一个电气量的正弦波分量．其频率为基波频率的整数倍，不同频率的谐波对不同的电气设备会有不同的影响。谐波主要由谐波电流源产生，当正弦波(基波)电压施加到非线性负载上时，负载吸收的电流与其上施加的电压波形不一至，其电流发生了畸变。由于负载与整个网络相连接，这样畸变电流就可以流人到电网中，这样的负载就成了电力系统中的谐波源。 二、谐波源的种类 在电力系统中产生谐波的主要谐波源有两种。 1．含有半导体等非线性电气元件的用电设备。比如工业中常见的各种整流电气装置、大容量变频器、大型交直流变换装置以及其他的电力、电子装置。 2．含有电弧和铁磁材料等的非线性材料的用电设备，比如电弧炉、变压器、发电机组等电气设备。 三、谐波的危害 1．使供电线路和用电设备的热损耗增加。 (1) 谐波对线路的影响 对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外，在电力系统中，由于中性线电流都很小，所以其线径一般都很细，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路，甚至引起火灾。 而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿，造成恶性事故。 (2) 对电力变压器的影响 谐波电琏的存在增加了电力变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损，对带有不对称负荷的变压器来说，会大大增加励磁电流的谐波分量。 (3)对电力电容器的影响 由于电容器对谐波的阻抗很小，谐波电流叠加到基波电流上，会使电力电容器中流过的电流有很大的增加，使电力电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。同时，谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振，并又施加到电网中。 (4)对电机的影响 谐波会使电机的附加损耗增加，也会产生机械震动，产生甚至引起谐波过电压．使得电机绝缘损坏。 2．对继电保护和自动装置的影响 对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低．容易引起系统故障或使系统故障扩大。 3．对通信线路产生干扰。 在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁耦合，会在邻近电力线路
并联型有源电力滤波器（APF）原理简介及仿真验证 概述： 有源电力滤波器（APF）是一种用于动态谐波抑制的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是相对于无源滤波器（L、LC等）只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言。APF 可以通过采样负载电流进行各次谐波的分离，控制输出电流的幅值、频率和相位，并且快速响应，抵消系统中的相应谐波电流，从而实现动态谐波治理。 APF的控制原理为采样负载电流（此电流包含基波与谐波），将此电流与锁相环输出的相位信号一起经过坐标变换后生成负载电流的直流分量，直流分量经过低通滤波器将谐波分量滤除成为基波信号，基波信号再与负载电流相减得到真正的谐波信号，再通过电流内环使APF的输出电流跟踪谐波信号，同时通过电压外环使直流侧电压稳定在给定值，进而生成APF所需要注入的谐波电流，该谐波电流与谐波源的电流相互抵消，从而保证电网侧的电流为纯净的基波电流信号，进而完成滤波任务。 正文： 1.电力系统中的谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶
级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。电力系统中不存在绝对纯净的电流，一般都是基波+谐波，只是谐波的含量不同而已。 2.谐波治理装置一般包含无源滤波器与有源滤波器。无源滤波器指由R,L,C等无源元器件组成的滤波装置，这些滤波装置的优点在于简单易用，缺点在于效果一般，只能用于特定场合，有些无源装置甚至只能针对某一特定电站。有源滤波器一般指并联型有源电力滤波器（APF），这是一种近年来兴起的滤波装置，具备很多优点，例如快速，稳定，可适时补偿。其缺点也是显著的，例如电力电子器件的有限耐压等级与可承受电流等级低导致其容量无法满足大电站需求，另外成本也是制约其发展的一个瓶颈。 3.有源电力滤波器的原理：有源电力滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波进行抑制，可以克服LC滤波器等传统的谐波抑制设备不能灵活调节的缺点。 基本原理：
电力系统谐波及其抑制技术 [摘要]随着电力市场的广泛开放以及电力系统的不断发展，人们越来越多的关注电能的质量问题。由于非线性荷载在电力系统中的广泛应用，因而所产生的谐波对电网造成越来越多的污染。本文主要分析了一些谐波产生的危害以及抑制谐波的各种措施，并针对目前电力系统治理谐波所存在的问题提出了自己的合理化建议，供大家参考、学习。 【关键词】谐波；谐波抑制；谐波治理 一、谐波产生的原因 电力系统是一个密不可分的整体，我们可以分析电力系统谐波产生的原因主要有: 1、电源本身质量不高而产生谐波：由于发电机三相绕组在制作上很难达到绝缘对称，铁心也很难达到绝对平均抑制，同步发电机所产生的谐波电动势是定子和转子之间的空气隙中的磁场非正弦分布所产生的。在发电机实际的运行中，气隙磁场不是严格的正弦波，只是含有一定的谐波成分。因此，在发电机的输出电压中，其本身就存在一定的谐波，而这其中的频率和谐波电压都是发电机本身的结构和工作状态。 2、输电系统产生的谐波：现在国家电网公司大力推行特高压电网，在特高压电网系统中广泛采用交流-直流-交流输电方式，两个交流系统采用直流系统连接（比如青藏联网工程）。当两个隔离的交流系统标称频率相同（或多或少会有一个频率差），用直流互联，这个很小的频率差在直流电压下被晶闸管投切到另一端变流器所调制，会和基波频率产生频拍，引起闪变电流流通，并可能激发机械谐振。 二、谐波的危害 谐波的存在对电网是一种污染，它使电力设备所处环境变化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来损害，其危害主要有： 1、变压器各类损耗增加。谐波会造成变压器的铜耗增大，其中包括对电阻、导体中的涡流、导体外部因漏通而形成的损耗1131。铁耗也随之增加，对于带不对称负载的变压器而言，其负载电流如果含有直流分量，则会引起变压器磁路饱和，因此会使交流励磁电流的谐波分量大大增加。 2、引起换流装置非正常工作。一旦换流装置的容量比例刚刚等于电网容量比例的1/3-1/2或超过的时候，在某些时刻虽然还没达到以上数值但电网参数则会造成较低次谐波次数的谐波谐振，常规控制角在交流电网电压畸变的情况下会形成触发脉冲间隔不等，系统的电压畸变会通过正反馈而被放大，从而影响整流器工作环境的稳定性，逆变器很可能因此发生连续的换相失败最终无法工作。 3、造成通信系统的非正常工作。电力线路上流过的幅值(3、5、7、ll)较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，与相邻近电力线间的通信线路会产生干扰电压，造成通信系统的非正常工作，对通信线路中通话的清晰度，当处在谐波跟基波的共同影响之下，会触发电话铃声响起，更严重的情况下会损坏通信设备并威胁人员的安全。此外，高压直流换流站换相工程中所产生的电磁噪声会影响电力载波通信正常的工作状况，还会影响到基于载波工作的闭锁和继电保护装置的失效，从而威胁整个电网的安全。