电力系统中谐波分析

1、电力系统中谐波的分析、检测与抑制方法的研究   - 1 - 第1章 绪论 1.1课题研究的背景及意义 电力系统的谐波问题早在20世纪20、30年代就引起了人们的注意，当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。70年代以来，由于电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害日益严重。 谐波的研究具有重要意义，首先是谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，导致电

2、气设备寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。其次，谐波研究的意义还可以上升到治理环境污染、维护绿色环境的角度来认识。对电力系统而言，无谐波是“绿色”的主要标志之一。在电力电子技术领域，要求实施“绿色电力电子”的呼声也日益高涨。目前，随着全人类环保意识的加强，对电力系统谐波污染的抑制也己成为电工科学技术界所必须解决的问题。 最近十几年间，对电力系统谐波问题的研究，己经超出了电力系统自身的研究范围。同时，电力系统谐波相关问题己经受到了世界各国经济、行政管理部门的重视，不少国家己先后制定了限制电力系统谐波的标准，其中也包括一些限制和管理措施。尽管近十几年来，对电力系统谐波问题的研究取得很大进展。在

3、学术上还有许多问题需要人们去研究解决、在解决这些问题的同时，才真正谈其制定合适的法规或标准来限制和管理电力系统的谐波，并对其进行有效的制。 1.2 国内外对谐波的分析、检测与抑制方法研究的现状 谐波检测方法是电力谐波分析的关键环节，也是当前各相关文献论述的重点。谐波检测一般包括三个步骤:谐波信号预处理；谐波幅值和相位测量；测量再处理。其中谐波信号预处理和结果再处理都作为辅助算法，为谐波测量服务，以优化检测性能，达到对谐波的分析、检测以及抑制高次谐波的目的。 电力系统中谐波的分析、检测与抑制方法的研究   - 2&#

4、160;- 1.2.1目前国际上对电力谐波的研究现状 国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代，当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。近十几年间电力谐波的研究，已经越过了电力系统的范畴，并且形成了自己特有的理论体系、分析研究方法、控制与治理技术、监测方法与技术、限制标准与管理制度等。目前，谐波研究仍是一个非常活跃的领域。发达国家的经验和预测表明，随着科学技术的发展，非线性负荷用电设备的种类、数量和用电量迅猛增加。但由于谐波源的多样性，在电网中一般还是加装滤波器的方法来抑制高次谐波，这些装置一般可分为无源滤波器和有源滤波器两种。 

5、(l)无源滤波装置。传统无源滤波通过使用RLC无源元件的串并联方式构成无源的单调谐、高通或低通等滤波器，以达到滤除谐波的目的，而且这种谐波抑制装置还可以起无功补偿和电压调整的作用。由于它具有成本低、技术成熟、结构简单、容易实现等优点，所以它仍然是目前广泛使用的谐波抑制技术。但它也有其一些不足之处，主要表现为：(a)由于系统中的电源和线路都存在阻抗，所以会影响补偿特性：(b)单调谐无源滤波器仅在其调谐点及附近具有较好的滤波效果，偏离调谐点后，滤波效果将明显变差。 (2)有源滤波装置。随着20世纪60年代以来新型电力半导体器件的出现，脉宽调制(PWM)技术的发展，以及基于瞬时无功功率理论

6、地提出，针对无源滤波器的缺陷，在1969年Bird和Marsh等人提出了向电网中注入三次谐波电流以减少电源系统中电流的谐波成分。之后，在1976年GyugyiL等人提出了用大功率晶体管PWM变换器构成有源滤波器，并正式提出了有源滤波的概念。20世纪80年代由于大功率全控型功率器件的成熟，PWM技术的进步，以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流实时监测方法的提出，使APF得以迅猛发展。APF通过向电网注入谐波及无功或改变电网的综合阻抗频率特性，以改善波形，除了具有响应速度快，具有很好的动态实时补偿功能等优点外，还具有可进行无功补偿，抑制电压闪变等多种功能。因此APF逐渐成为了一种具有很大潜在应用价值

7、的谐波补偿装置，并开始得到迅速的发展。但由于全控型功率器件的成本及性能，制约了APF的实际应用，目前只有在日本得到比较广泛的推广。APF一般分为并联型、串联型和混合型三种。从补偿的角度来看，APF可以分为无功补偿、谐电力系统中谐波的分析、检测与抑制方法的研究   - 3 - 波补偿、平衡三相系统电压或电流以及多重补偿。常规的并联型APF可以同时补偿谐波电流和无功，属于多重补偿。混合APF只能补偿谐波电流，属于谐波补偿。电力系统的谐波及抑制研究问题近几十年来在世界范围内得到了十分广泛的关注，从1984年开始，每两年召开一次的电力系统国际

8、谐波会议 (ICHPS)为这个领域的国际交流提供了直接的渠道，正推动着谐波研究工作深入开展。 1.2.2 目前国内对电力谐波的研究现状 我国许多科研和生产单位，一些高等院校相继开展了谐波研究工作，并积极与国外研究机构参与一些相关技术探讨。但是，我国在APF方面的研究仍处于起步阶段，研究APF主要集中在并联型、混合型，也开始研究串联型。研究最成熟的是并联型，而且主要以理论研究和试验研究为主。理论上涉及到了功率理论的定义、谐波电流的检测方法、有源电力滤波器的稳态和动态特性研究等。我国虽然在理论上取得了一定的进展，由于多方面条件的限制，我国的有源滤波技术还处在研究试验阶段，工业应用上只有少数几台样机投入运行，至今未有并联型有源电力滤波器正式产品用于实际。因此我国有源滤波技术具有广泛的发展和应用前景，从近年的研究和应用中我们可以看出APF具有如下的发展趋势 (l)通过采用PWM调制技术和提高开关器件等效开关频率的多重化技术，实现对高次谐波的有效补偿和系统大容量的实现； (2)从经济上考虑，可以采用妙F与PF组成的混合型滤波系统