变换器谐波抑制

1、变换器的谐波抑制汇报人：邵立伟汇报人：邵立伟 2015-02- 2015-02-？谐波问题主动式谐波抑制技术的研究进展被动式谐波抑制技术的研究进展电力电子装置谐波抑制问题研究发展结语2/20变换器的谐波抑制2 增加了电网中各种设备的容量和附加损耗，效率和利用率降低； 影响各继电保护和自动装置的误动作、测量仪器的准确性； 可引起电力系统局部发生谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备的烧毁； 干扰通信系统的工作； 对电气设备会产生振动、噪声、过电压等危害，使变压器、电缆等设备过热、绝缘老化，寿命缩短，甚至发生故障。谐波问题1 由于电力电子技术的飞速发展和各种电力电子装置的广泛应用，谐波源数量不断增

2、加，电网电流和电压的畸变率不断上升，使得电力系统的谐波污染问题日益严重，得到国内外的广泛关注。 危 害变换器的谐波抑制35/20谐波的抑制方法2变换器的谐波抑制46/20 主要应用对象是：电力电子装置主动式谐波抑制技术2 对电力电子装置进行技术改造，通过适当的控制方案使得本身不电压和电流谐波，也称作单位功率因数变流器，在产品设计时就考虑减少和抑制谐波措施 是一种积极的节能降耗的措施，经济效益大，因而对它的研究也成为电力电子领域的一大热点。谐波的抑制方法谐波的抑制方法57/20 多脉波整流（ MPR ）技术是大功率整流系统抑制谐波的主要方法之一 。 相对于 PWM 整流器， MPR 具有实现简单

3、 、 成本低 、 可靠性高等优点 ， 在大功率整流系统中得到了广泛应用。多脉波整流技术212脉波整流系统隔离式非隔离式2 主动式谐波抑制技术67/20 MPR 是指由三相电路供电的变换器每周期直流侧输出电压脉波数多于 6 个的整流系统， 其显著特点是通过移相多重联移相多重联结结多个全桥或半桥整流电路对同一直流负载供电， 使一个整流电路产生的谐波可以被其他整流电路产生的谐波所抵消 。 增加整流重数增加整流重数，波形越接近正弦波，通过采用适当的控制方法，可以大大减少相控整流器产生的谐波；当然电路结构也越复杂。 哈哈工大对这方面研究相对较多工大对这方面研究相对较多；同时文献4指出进一步提高系统谐波抑

4、制能力和降低成本是多脉波整流技术未来的发展趋势。多脉波整流技术22 主动式谐波抑制技术77/20 文献4 概述了基于移相变压器移相变压器和移相电抗器移相电抗器的多脉波整流技术（MRP）的研究进展，并且分析多脉波整流系统中直流侧谐波抑制方法的研究现状。 文献5也将多脉波整流技术与整流器直流侧谐波抑制技术结多脉波整流技术与整流器直流侧谐波抑制技术结合合，设计了一种基于直流侧有源谐波抑制技术的馈能式六相整流系统。 文献7为抑制输入电流中的非特征次谐波 ， 提出了谐波抑谐波抑制电抗器和相间制电抗器和相间电抗器电抗器相结合相结合的 12 脉波整流系统 ，该系统结构简单 、 对称性好 。 文献9提出了一种

5、新型的 12 脉波自耦变压整流器应用于风力发电系统中抑制谐波。多脉波整流技术22 主动式谐波抑制技术8变 换 器 的 谐 波 抑 制7/20 中小功率的变流器中：PWM 整流器对谐波和无功同时具有抑制和补偿功能。 对于电流型PWM整流器，可以直接对电力电子器件进行PWM控制，使得输入电流接近正弦波且和电源电压同相位。 对于电压型PWM整流器，需将整流器通过电感与电源相连以控制电感中的电流1,35。PWM整流技术22 主动式谐波抑制技术97/20 文献54 提出了一种并网型三相PWM变换器谐波抑制正负序同步信号的检测方法。PWM整流技术22 主动式谐波抑制技术 文献11也对于PWM整流器的谐波抑

6、制和无功补偿进行了分析和研究。 文献12提出了在输入电压含谐波情况下，应用于Z源AC/AC变换器的谐波消除PWM技术，可有效抑制输入电压中的低次谐波电压。107/20 中小功率设备：应用广泛、谐波源难以集中治理，一般采用在整流桥和滤波电容之间插入一个电流整流器（也称功率因数矫正器）。功率因数校正技术22 主动式谐波抑制技术 APFC 已广泛应用于各类电力电子装置中 ，成为电力电子技术领域的研究热点之一 。浙大、南航研究较多。 单周期控制、数字式控制16-22 大功率电源：并联交错23-27 无桥PFC 28-3311 单周期控制无桥PFC 特点：没有整流桥，减少了电流流经功率半导体的数量； 目

7、的：为了进一步减少导通损耗提高变换器转换效率；功率因数校正技术22 主动式谐波抑制技术基本型的无桥PFC电路12 单周期控制无桥PFC 文献28-33对无桥无桥PFC的工作原理进行了详细分析，提出了一些新型的无桥PFC结构；由于单周期控制单周期控制的独特优点，许多文献均将单周期控制方法应用到无桥PFC中。功率因数校正技术22 主动式谐波抑制技术 同时这种无桥PFC也存在一些缺点，文献33也对提出了一些相应的改进方法。13 当然方法已经不仅仅局限于运用单一方法来解决电力电子设备谐波问题，而是融合一起，使得各方案优势互补。 文献6设计了交错并联 Boost PFC 电路对用于12脉波整流器中的AI

8、PR 原边电流进行调制，以降低系统交流侧输入电流谐波；并验证了该方法在大功率场合谐波抑制的有效性。 文献34也研究了基于APFC的PWM单相整流器，实现了高功率因数的校正，输入电流谐波控制在合理的范围内。主动式谐波抑制技术22 主动式谐波抑制技术147/20 尽管对单位功率因数变流器的研究是积极主动的方法,但对于庞大容量的电力系统而言, 运用电力滤波器是不可或缺的谐波治理手段；特别是先进的有源滤波技术更具有重大的理论和工程现实意义。 主要应用在：电网主结构中被动式谐波抑制技术3谐波的抑制方法 无源电力滤波器（PPF） 有源电力滤波器（APF） 混合型电力滤波器（HAPF）157/20 PPF一

9、直是传统补偿谐波和无功的主要手段，具有结构简单、可靠性高，运行费用低的特点。无源电力滤波器（PPF）33 被动式谐波抑制技术 但是：对电网的频率的变化敏感、阻抗严重，电网频率的偏移会导致滤波性能大幅下降；此外PPF是由大容量的由大容量的电抗器电抗器L和电容器和电容器C构成构成，体积大， 因此PPF有被效率高、动态补偿特性好的有源电力滤波器取代的趋势35。16 APF是一种用于动态抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子装置, 主要理论基础是三相电路瞬时无功功率理论三相电路瞬时无功功率理论。有源电力滤波器（APF）33 被动式谐波抑制技术 基本工作原理：检测负载电流的谐波电流分量，然后产生一个与该谐

10、波电流分量幅值相等、方向相反幅值相等、方向相反的补偿电流以相互抵消，使得电网电流只含基波分量，重新成为正弦电流35-36。177/20有源电力滤波器（APF）33 被动式谐波抑制技术187/20有源电力滤波器（APF）33 被动式谐波抑制技术 广泛应用的是并联型并联型APF，它主要用于补偿电网电流谐波、负载无功和提高电网功率因数，其补偿特性不受电网阻抗变换的影响，是一种较为理想的补偿装置。串联型APF并联型APF19有源电力滤波器（APF）33 被动式谐波抑制技术 目前, APF是电网谐波补偿和无功补偿的热点之一，许多高校对都APF有研究，比如南航、浙大、合工大等，提出了许多谐波检测的方法，同

11、时也研制了一些样机。 对APF的谐波补偿和无功补偿主要集中在： 1）谐波分量的检测方法研究；）谐波分量的检测方法研究； 2）APF的控制策略研究的控制策略研究20有源电力滤波器（APF）33 被动式谐波抑制技术 文献36-42等都对APF进行了详细分析和滤波器的研制。相较于传统的基于瞬时无功功率理论谐波检测方法，提出了一些行的检测方法和控制策略，如同时检测负载电流和电源电流的前馈加反馈控制策略,离散傅里叶检测方法，滑膜解耦控制等。 文献41但对于数字式数字式大容量并联型APF的选择性谐波朴偿选择性谐波朴偿方法方法进行了详细分析和研究，提出了一种的频率自适应的带通滤波器的谐波检测方法；同时文献3

12、0 也实验验证了选择性谐波补偿的效果，提高了APF补偿的灵活性，便于实际应用。 也有文献43 为改进APF的效果，设计了以APF为核心同时结合TSC进行无功谐波综合补偿的控制方法等。21有源电力滤波器（APF）33 被动式谐波抑制技术 由于APF的目前成为补偿谐波和无功的最为有效的方法之一，也有文献44-45将其应用于工频电网之外的航空400Hz电源系统、超大功率开关电源等方面。 文献46也对广义有源电力滤波器（GAPF）进行了详细研究，提出了一些改进方法。GAPF采用电流间接控制，可以在不需要检不需要检测负载电流测负载电流的情况下有效地实现无功补偿、谐波抑制、负序滤波及稳定电压（抑制系统电压

13、跌落和闪变）等功能，相较于传统APF具有优势。22电力电子装置谐波抑制问题研究发展47/20 随着电能质量意识的增强，谐波主动抑制技术得到越来越多的重视，也在许多新的应用方向做了深入研究。 许多文献分别在如下方面就如何有效的进行谐波抑制展开研究： 有源电力滤波器APF (风力、光伏、燃料)并网变流器变换器的谐波抑制23并网变流器47/20 随着新能源发电容量占整个电力系统的比重逐渐增大，分布式发电电能质量对电网的影响越来越受到关注。4 电力电子装置谐波抑制问题研究发展24 入网电流谐波抑制技术将可能是新的研究热点。 并网变换器负责风力发电、光伏发电、燃料电池等新能源与电网之间的能量交换，居于发

14、电系统的核心。 解决谐波干扰问题是并网变换器研究的重要方面之一 浙大、南航和哈工大等也在风电和光电并网逆变器都有较多研究，提出和采用一些控制策略和谐波抑制的方法。并网变流器47/20 文献51-60等均就风电风电并网并网逆变器逆变器在谐波电流检测、谐波抑制和控制方法展开深入研究。 详细分析了其谐波产生的原因，提出了一些新兴的谐波检测方法和控制抑制策略，比如LMS自适应检测方法、实时电流跟踪谐波抑制方法、同步坐标变换谐波电流检测、准PR控制、重复控制、单周控制、虚拟阻抗控制策略等。 通过分析和实验验证了运用这些控制策略可以实现网侧谐波分量的有效抑制，得到良好的电流控制波形，改善并网电能质量。4

15、电力电子装置谐波抑制问题研究发展25并网变流器47/20 文献51也对燃料电池燃料电池发电中的并网逆变器进行了相关研究；文献61-62研究了一种采用输出电流闭环控制的有源钳位反激式光伏微型并网逆变器光伏微型并网逆变器，有效抑制了谐波，改善了电流波形。4 电力电子装置谐波抑制问题研究发展26 与此同时，由于并网逆变器与APF有相似的主拓补结构，因此有文献63-66也在逆变器的控制系统中加入了APF对谐波抑制与补偿的相应控制算法，以综合治理谐波。其他47/201、多电平变换器4 电力电子装置谐波抑制问题研究发展27 多电平拓扑：为了实现多电平输出，使变换器能够应用于更高电压等级的场合，其实同时也改

16、善了波形形状，提高其实同时也改善了波形形状，提高输出电压输出电压的的谐波性能。谐波性能。 目前多电平变换器研究中，模块化多电平变换器(MMC)得到了很多的关注和研究；其中浙大、中南大学和南航等研究较多68-72 2、电动汽车充电站、轨道交通等的谐波治理问题 随着电动汽车、城市轨交的发展，其对于电网的影响问题特得到关注，特别是谐波污染的治理问题，相关文献也对其进行了相关分析研究73-75,76-78总结51、谐波抑制主要包括研究单位功率因数变流器的主动型主动型和装设补偿和吸收装置被动型被动型抑制方案。28变换器的谐波抑制2、主动型谐波抑制：有源功率因数校正有源功率因数校正APFC 被动型谐波抑制

17、：有源电力滤波器有源电力滤波器APF研究较多，是电网谐波抑制方案的热点。3、并网逆变器并网逆变器随着风力发电、光伏发电、燃料电池等分布式发电方式的迅速发展而得到较多关注，入网电流谐波抑制技术将可能是新的研究热点。参考文献67/201 王兆安,杨君,刘进军. 谐波抑制和无功功率补偿M. 机械工业出版社, 2006.2 翁利民. 电力电子技术与谐波抑制, 无功功率补偿技术研究综述J. 电力电容器, 2004 (3): 6-10.3 韩龙飞.谐波抑制与并联混合有源滤波器的关键技术D. 浙江大学, 2007.4 孟凡刚, 杨世彦, 杨威. 多脉波整流技术综述J. 电力自动化设备, 2012, 32(2

18、): 9-22.5 董晋明. 基于直流侧有源谐波抑制技术的馈能式六相整流系统研究D. 哈尔滨工业大 学, 2010.6 苍胜, 李渊, 杨威, 等. 一种用于12脉波整流器谐波抑制的交错并联变换器J. 电源 学报, 2014 (4): 23-29.7 高蕾, 孟凡刚, 杨世彦, 等. 过移相和欠移相对12脉波整流系统的影响及抑制措施J. 电力自动化设备, 2015, 1: 013.8 董晋明, 孟凡刚, 朱屹, 等. 一种带PWM 电流源的12脉波整流器研究J. 电力电子技 术, 2010, 44(12): 110-112.9 陈杰, 龚春英, 陈家伟, 等. 多脉波整流技术在风力发电中的应用

19、J. 电工技术学报, 2012, 27(4): 131-137.10 周帅. 城市轨道交通多脉波整流技术研究D. 大连交通大学, 2011.11 张沥桐. 基于 PWM 整流器的电网谐波抑制及无功补偿研究D. 哈尔滨理工大学, 2012.12 解大,乔歆慧,张延迟. Z源AC/AC变换器的谐波消除PWM技术J. 电机与控制学 报,2011,04:1-6.29变换器的谐波抑制13 周桂煜, 张超. 单相 PWM 整流器设计J. 电机与控制学报, 2014, 18(8): 49-54.14 程启明, 程尹曼, 薛阳, 等. 三相电压源型 PWM 整流器控制方法的发展综述J. 电 力系统保护与控制,

20、 2012, 40(3): 145-155.15 韦徵, 陈新, 陈杰, 等. 三相四桥臂 PWM 整流器的研究J. 电工技术学报, 2014, 29(8): 128-135.16 高云云. 单周期控制双频 BoostPFC 变换器的研究 DD. 燕山大学, 2010.17 唐思文, 李印龙, 杨喜军. 直接功率与单周期控制的单相有源功率因数校正器J. 低 压电器, 2014 (3): 51-54.18 韦徵, 陈新, 陈杰, 等. 基于单周期控制的三相 PFC 整流器输入电流相位滞后及闭环 补偿J. 中国电机工程学报, 2013, 33(33): 42-49.19 韦徵,陈新,陈杰,龚春英,

21、樊轶. 三相PFC整流器改进单周期控制策略J. 电工技术学 报,2014,06:196-203.20 杨兴华, 杨喜军, 张哲民, 等. 矩阵整流器单周期控制策略的研究J. 电工技术学报, 2012, 27(2): 38-44.21 朱良梅. 基于数字控制的全桥单级PFC变换器研究D.哈尔滨工业大学,2014. 22 梅寒洁. 一种功率因数校正（PFC）变换器数字控制方法的研究D.浙江大学,2014.23 蒋志宏, 黄立培, 朱纪洪. 并联交错临界连续 PFC 变换器的单周期控制J. 清华大 学学报: 自然科学版, 2007, 47(7): 1197-1200.24 杨飞, 阮新波, 杨洋,

22、等. 采用耦合电感的交错并联电流临界连续 BoostPFC 变换器 J. 电工技术学报, 2013, 28(1): 215-224.25 张少斌. 耦合电感交错并联 BoostPFC 变换器研究 DD. , 2006.26 郑航. 交错并联有源功率因数校正器的研究D.重庆大学,2014.27 李华武, 马红星, 郑海博, 等. 采用电流近似法多级交错模拟 APFC 的研究J. 电力 电子技术, 2013, 47(1): 86-88.30参考文献参考文献7/2028 林维明, 洪翠, 黄超, 等. 无桥 PFC 电路改进单周期控制的仿真与实验分析J. 电 工电能新技术, 2013, 32(2):

23、 20-23.29 马红波, 郑聪, 余文松, 等. 单开关管无桥 SEPIC PFC 变换器J. 电力自动化设备, 2014, 34(4): 72-77.30 曹太强, 黄俊, 王军, 等. 单周控制无桥 Pseudo-Boost PFC 变换器J. 电机与控制 学报, 2014, 18(4): 6-10.31 温向宇. 单周期控制无桥 Boost PFC 技术研究D. 西南交通大学, 2014.32 王慧贞, 张军达. 一种新型无桥 Boost PFC 电路J. 电工技术学报, 2010, 25(5).33 王亚群. 一种改进型无桥 Boost 功率因数变换器的研制D. 广西大学, 201

24、3.34 闫兵权. 基于 APFC 的高频 PWM 单相整流器研究D. 华中科技大学, 2009.35 李圣清. 电能质量治理技术及应用M. 科学出版社, 2014.36 乔庆. 3kW 单相并网逆变器谐波抑制问题研究D. 武汉理工大学, 2013.37 张长征. 高压大容量交流有源电力滤波器的研究D. 武汉: 华中科技大学, 2006.38 徐和义. 三相并联有源电力滤波器的研究D.合肥工业大学,2013.39 陈云飞. 三相三线制并联型有源电力滤波器关键技术的研究与实现D. 合肥工业大学, 2012.40 梁营玉, 刘建政, 许杏桃, 等. 基于电源电流和负载电流检测的前馈加反馈的三相四

25、线制 APF 控制策略J. 电力自动化设备, 2015, 1: 014.41 谢川. 数字控制大容量并联型 APF 关键技术研究D. 浙江大学, 2012.42 侯睿. 并联有源滤波器控制技术的研究D. 哈尔滨工业大学, 2014.43 郭伟峰. APF 与 TSC 谐波无功综合补偿控制的研究 DD. 哈尔滨工业大学, 2011.44 杨晓. 大功率高频开关电源电能质量分析与治理D. 湖南大学, 2010.45 金毅, 王志辉, 李梦南, 等. 级联结构 400Hz 有源滤波器的设计C/分布式发电, 智能微电网与电能质量第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论 文集. 2013.31

26、参考文献参考文献7/2046 薛畅. 新型广义有源电力滤波器的研究D. 哈尔滨工业大学, 2014.47 贾宇虹. 并联型有源滤波器谐波检测与控制技术研究D. 浙江大学, 2014.48 胡志坤, 姜斌, 李哲彬, 等. 三相有源电力滤波器滑模解耦控制方法研究J. 电机与 控制学报, 2014, 18(9): 87-92.49 程少炜, 潘斌, 张挺, 等. APF 谐波抑制技术的实际应用J. 电气传动, 2012, 42(5): 23-25.50 乔庆. 3kW 单相并网逆变器谐波抑制问题研究D. 武汉理工大学, 2013.51 姚骏, 夏先锋, 陈西寅, 等. 风电并网用全功率变流器谐波电

27、流抑制研究J. 中国电 机工程学报, 2012, 32(16): 17-25.52 胡雪峰, 王璐, 龚春英, 等. 可再生能源并网发电馈网电流中的谐波分析及其抑制策 略J. 中国电机工程学报, 2010, 30: 167-169.53 徐静, 王鹤, 杨悦, 等. 基于逆变器控制的微电网谐波抑制技术研究J. 黑龙江电力, 2013, 35(1): 55-58.54 陈明亮, 肖飞, 刘勇, 等. 一种完全谐波抑制正负序同步信号检测方法J. 电力电子 技术, 2012, 46(5): 78-80.55 胡雪峰, 王璐, 龚春英, 等. 并网逆变器的补偿控制技术J. 高电压技术, 2010 (1

28、2): 3084-3089.56 张文杰. 非理想电网状态下三相并网变换器的谐波抑制策略D.哈尔滨工业大学,2014.57 张硕. 基于电压控制的三相逆变器并网谐波控制策略研究D.燕山大学,2014.58 徐龙博, 谭江平. 实现无功补偿和谐波抑制的风力发电并网逆变器研究J. 科技信息, 2011 (29): 387-388.59 米富丽. 直驱型风电系统谐波与谐振研究D. 哈尔滨工业大学, 2013.60 张兴, 李飞, 王宝基, 等. 并网逆变器中 LCL 滤波器改进拓扑的对比研究J. 电源 学报, 2014 (6).32参考文献参考文献7/2061 朱淇凉. 光伏并网逆变器谐波抑制技术研究D. 中南大学, 2013.62 马超, 张方华. 有源钳