MATLAB混合型有源电力滤波器的研究(2)

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1 绪论

随着现代科技的发展，电力系统中用电负荷的结构发生了重大的改变，诸如半导体整流器以及电气化铁路、变频调整装置、晶闸管调压、家用电器等负荷和炼钢电弧炉的快速发展，由于其不平衡的用电特性、非线性以及冲击性，给电网带来大量谐波，使得公用电网污染日趋严重。另外，电网中大部分功率因数低的负载，也会给电网带来负担，影响供电的质量。三相不对称负载产生的负序电流也对会电力系统造成危害，也影响了供电的质量。目前，谐波己成为污染电力系统的严重公害之一，电力系统谐波问题已经受到人们广泛关注[1~2]。因此必须要采取有效措施来抑制谐波，提高电能质量。混合型有源电力滤波器是治理谐波污染和提供无功补偿的有效装置，它将会在电能质量综合治理中发挥出重要的作用。

1.1 谐波的产生

随着电力电子技术的快速发展，各种电力电子器件被大量的使用。比如利用晶闸管整流和利用变频器进行调速的设备给电力系统中注入大量的谐波电流，使得电网发生畸变，随之而来的便是电网污染，造成电力系统中很多设备的安全正常运行。

谐波的产生：谐波产生的根本原因是，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，形成了非正弦电流，从而产生谐波。电网中各种电力电子设备、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯等都是谐波源。在电力电子器件大规模使用前，电力系统自身就包含大量的产生谐波的非线性元器件。电力电子器件大规模使用后，电力电子装置成为主要的谐波源。

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[3]：

(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；

(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

鉴于谐波的诸多危害及谐波污染的日益严重，为了保证供电的质量，必须采用相应的措施来抑制谐波。总的来说，减少谐波污染的措施主要包括两个方面：一是改造电力电子装置，尽量使其功率因数近似于1；二是添加谐波补偿装置。本课题采用了谐波补偿装置，滤波装置主要分为三类：无源滤波器、有源电力滤波器和混合型有源电力滤波器。传统法是装有LC调谐滤波器，从而达到旁路谐波的目的。这种方法仍在广泛的使用中，但是它的补偿特性受电网阻抗和运行状态的影响，容易与电力系统发生并联谐振，使谐波放大，甚而导致LC过载而烧毁，且它的补偿特性并不是很好。而APF克服了传统法的不足，它不仅可以对单个谐波和无功源进行补偿，而且还可以对多个进行补偿，它不受电网阻抗的影响，不易发生串并联谐振，也不会发生过载现象，而且还能够随着电网频率的改变，能够实时有效的进行补偿，但是APF的成本较高，安装容量较大，使它的推广受到了限制。所以本论文采用第三类混合型有源电力滤波器的方式来补偿非线性负载产生的谐波。混合型有源电力滤波器就是将有源电力滤波器与LC滤波器混合使用，两者结合既克服了有源电力滤波器容量大、成本高的缺点，又可使整个系统获得良好的补偿效果。混合型有源电力滤波器可以对频率和大小都变化的谐波进行补偿，实现动态抑制谐波，使电力谐波补偿系统的性价比达到最优，具有良好的发展前景，因此目前研究混合有源滤波器具有十分重要的意义。