高等电力电子学

无功危害:冲击性无功引起系统电压波动和闪变，降低供电质量；增加设备容量；增加设备和线路损耗；降低功率因数，严重时用户将受到无功罚款。电弧炉0.10IpqIndInqPQ760.050.00-0.05-0.10-0.15-0.20Current

Components

(kA)543210Loower

(Mw/Mvar)0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9Time

(s)0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9Time

(s)三相电流负荷有功无功20.3VaVbVc20.220.120.019.935kV

Bus

Voltage

RMS

(kV)0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9Time

(s)负荷端电压电力机车发射中心大学教学楼i-ai-ci-bStd.

Current

Waveform:SinusoidalNeutral

Current

is

0R.M.i-neutrali-a

46.09A

,

i-b

27.03A

,

i-c

43.85A

,

i-neutral

45.64A银行Voltage

RMS

Vs.

TimeCurrent

RMS

Is.

Time负荷电流包含大量谐波输入电压达到要求范围最大中线电流达到93.45A2.指标与标准性能指标：总谐波畸变率THD（Total

Harmonic

Distortion）THD

=

Harm

Irms

/

FundIrms总要求畸变率TDD（Total

Demand

Distortion）TDD

=Harm

Irms

/Full-load

Fund

IrmsFull

loadMeasuredTotal

I,rmsFund

I,rmsHarm

I,rmsTHD

ITDD936.68936.0035.573.8%3.8%836.70836.0034.284.1%3.7%767.68767.0032.21..592.63592.0027.234.6%2.9%424.53424.0021.205.0%2.3%246.58246.0016.976.9%1.8%111.80111.0013.3212.0%1.4%基波位移因数DF1（Displacement

Factor）cosΦ1＝P1/S1＝基波有功功率/基波视在功率功率因数PF

（Power

Factor）PF＝P/S＝有功功率/视在功率标准：国际标准：IEEE

Std

519-1992、IEEE

Std

1159-2009

、欧共体标准《公用配电系统供电电压特性》、IEC

61000-2-2、IEC

61000-3-6、IEC

61000-3-2、IEC61000-3-4、IEC

61000-4-7等国内标准：SD126-84

《电力系统谐波暂行规定》、GB/T

14549-93

《电能质量公用电网谐波》等3.技术方案电网电源3.1方案简介11h3h9h5,

h7-存在谐波-成本昂贵：增大电力系统的供电容量和电缆、开关等DynDdyL5L4623调谐式滤波器抗谐波电感器6无谐波APF变压器以不同的方式联接4仅降低谐波电流THD3仅削减5次和

7次谐波(12脉冲整流、移相式滤波器)2仅限制3次和3n次谐波5仅按谐波频率选择衰减次数电路方案电力电子变换方案3.2电力电子变换方案有源电力滤波器APF并联型 串联型有源电 有源电力滤波

力滤波器

器4.并联型有源电力滤波器（PAPF）4.1工作机理电源Is=负载基波Io1+负载谐波Ioh

负载Io电源非线性负载例三相整流器IsIoIc

补偿器Ic

io

io1

ioh补偿负载谐波并联型APF令ic

ioh则is

io1并联型APF电路D1D35LdcDsaLLsbLsc

usa

usb

uscRdcD4

D6D2S1

S3S5caL三相桥式变换电路也称负载谐波电流补偿器HCCCdcLcbccLS4S6S2非电源Is负载Io电源负载并联型补偿IcAPF并联型APF相当于谐波和无功电流发生器；io

io1

ioh

io1

p

io1q

ioh补偿负载谐波令i

i

ic

oh

o1qso1

p则i

i及无功电流补偿负载谐波电流，使电网电源电流波形正弦化，补偿负载无功功率，使电网功率因数为1。4.2控制系统框图load电网电流指令检测环节icci

*控制器形成驱动桥式电路-反馈量检测环节指令检测：实时检测vo,io分离出ioh,io1q得到实时(ioh+io1q)指令4.3谐波电流和无功电流的检测以三相三线制为例:

v

i

v

i二相正交αβ

坐标系：B轴C

CB

B三相有功功率P3

vA

iA

Civ

,i

Cvv

i

二相系统有功

P2

v

i

v

ivA

iA

取V&

32

B

i

32

B

v

其中C

I& 3

/

2

C

1/

2

1/

23

/

2

C

2

13

032i

v

iA

vAA轴VI&&

23

vC

可得

vB

C,23

i

v

3

/

213

1/

2iB

C

iC

0

2

1/

2 3

/

223其中C

C轴P2=P3I&

I

jI

t

ivI&的相位如果旋转矢量V&

V

jV

,V&的相位

v

tV&与I&的相位差为v

V

cos

v

V

cos

tv

V

sin

v

V

sin

ti

I

cos

i

I

cos(

t

)i

I

sin

i

I

sin(

t

)B轴V&V&p选取二相正交旋转坐标系pq:i

p

I

cos

I

cos(

t

i

)

i

cos

t

i

sin

tiq

I

sin

I

sin(

t

i

)

i

sin

t

i

cos

tI&I&v

i

i

STi

q

sin

t

cos

t

i

ip

cos

t

sin

t

i

CA轴V&I&i变量

pq变量：CSTpq变量

变量：

CTS

CST有功功率P

Vip

P2

P3C轴q无功功率Q

Viqpq系中vA

Vm

costvB

Vm

cos(t

2

/

3)iA

Im

cos(t

)iB

Im

cos(t

2

/

3)vC

Vm

cos(t

2

/

3)iC

Im

cos(t

2

/

3)3m2v

3

V

sin

t

V

sin

t3

Vv

cos

t

V

cos

t2sin(

t

)

I

sin(

t

)i

i

Im

cos(

t

)

I

cos(

t

)m23

I2m3

Icos

I

cosi

23

Imqmpsin

I

sin

i

2ABC坐标系基波正弦→αβ坐标系基波正弦→pq坐标系直流坐标系次谐波→αβ坐标系n次谐波→pq坐标系（n-1）次谐波谐波电流检测电路iA1PLLsin

tcostvAAiiC32

CSTpiLPFpICTS1iAhAC

ii*BCBh

ii*iBiCiLPFIqi1C23iB1C1iCC

iChi*令iq

0谐波及无功电流检测电路BCACBh

B1qi*Ah

A1qi*

i

i

i

iCCi*Ch

C1q

i

i维持直流侧电压VD的恒定V

*VDip电压调节器DpI

'VDI

p相当于整流过程5.串联型有源电力滤波器（SAPF）dVVd

tSAPF工作机理vs为正弦波，如果zo是线性的，负载处端电压vo也是正弦；vs为正弦波，如果zo非线性，负载处端电压vo含谐波，其他负载会受到谐波电压的危害；v

sVssiRA3+D1L

A1+C

tsiD2-B

-D4B1v

A

BV

hJF

D

E

VdV

t0M(a)电容滤波二极管整流v

cV

hHGdN

t(c)波形图图a检测电力