谐波抑制开题报告

武汉理工大学

本科生毕业设计（论文）开题报告

1、目的及意义（含国内外的研究现状分析） 随着国民经济的发展和现代技术的不断进步，各种非线性负载和电力电子装置普遍应用于电网中，给电力系统带来了严重的谐波污染。谐波的产生不仅危及电网的安全运行，而且增加电力系统损耗，直接造成用户电器设备的突发性故障，造成严重的损失。因此，如何对谐波进行滤波已成为电力系统、电力电子技术、电气自动化、理论电工等领域中迫切需要解决的课题。 电力谐波问题日益严重，对电能质量以及电力系统的安全、经济运行带来了很大的影响。治理电力系统谐波污染已成为电力系统领域所面临的一个重大课题，受到广泛学者的关注，很多国家都对此给予了足够的重视，人们很早就开始采取措施抑制谐波，并制定了限制谐波的国家标准或全国性规定。 早期的谐波抑制技术是由模拟带通或带阻滤波器组实现的，而传统的补偿谐波的方法是装设无源滤波器（Passive Power Filter）。由于其技术成熟，具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此无源滤波器仍是目前谐波抑制的主要手段。但由于结构原理上的原因，在应用中存在以下难以克服的缺点。 （1）只能抑制按设计要求规定的谐波成分。有时由于高次谐波成分较多，必须同时加入多个滤波器，这样会使整个滤波装置的成本和体积增加。 （2）谐波电流超量时可能造成无源电力滤波器过载，损害设备。 （3）滤波特性受电网结构、工作状态和频率漂移的影响较大，难以获得理想的预期滤波效果。 （4）对于特殊的谐波电流，或当系统阻抗、频率变化时，可能和电源阻抗发生并联谐振而产生“谐波放大”现象，从而使电路无法正常工作。 （5）可能与电力系统发生串联谐振，造成电压畸变而产生附加的谐波电流流1

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入无源滤波器，影响其谐波抑制效果。 目前，利用有源电力滤波器进行谐波抑制是一种趋势。有源电力滤波器（Active Power Filter）是一种用于动态抑制谐波的新型电力电子装置。它抑制频率和幅值都发生变化的谐波，克服了无源电力滤波器等传统的谐波抑制的缺陷。它还可以对电力系统中的谐波进行补偿，和传统的谐波补偿方法相比，有源电力滤波器具有巨大的技术优势和良好的发展前景。 1971年，H.Sasaki 和T.Machida发表的论文中，首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理，但由于当时采用线性放大的方法产生补偿电流，其损耗大，成本高，因而仅在实验室中研究。1976年，L.Gyugyi和E.C.Srtycula提出了采用PWM控制变流器构成的有源电力滤波器，确立了有源电力滤波器的概念，并建立了主电路的基本拓补结构和控制方法。从原理上看，PWM变流器是一种理想的补偿电流发生电路，但由于当时电力电子技术的发展水平不高，全控型器件功率小、频率低，因而仍然局限于试验室研究。1984年，H.Akagi等人提出三相电路瞬时无功功率理论，为有源电力滤波器奠定了坚实得到理论基础，并使之走向工业实用化。进入90年代以来，由于电力谐波污染日趋严重，有源电力滤波器的研究越来越受到重视，其应用领域不断扩大，用途也多样化。而且随着新型电力半导体器件的出现、电力电子技术的发展，有源电力滤波器发展迅速。现在日本、美国、德国等工业发达国家有源电力滤波器已得到了高度重视和广泛的应用。 我国对谐波问题的研究起步较晚。1982年我国第一次谐波学术研讨会在石家庄市召开，1989年我国才有这方面的研究文章。1993年国家技术监督局批准并颁布了《电能质量一公用电网谐波》GB/T14549-1993，同时见到实验性的工业应用报道，但采用的方法陈旧，效果颇不理想。近几年进行这方面的研究单位在逐渐增加，主要集中在一些高等院校和少数研究机构，以理论研究和实验。在谐波检测技术与谐波抑制技术方面，取得了丰硕的成果。1994年首次将神经网络理论用于谐波检测；1996年，首次将瞬时无功功率理论用于单相电路谐波与无功电流检测；1997年首次将小波理论用于谐波检测；同年首次将神经网络应用到有源电力滤波器来实现谐波自适应检测。此外，先后也出现了丰富多彩的新颖谐波检测抑制方法，如小波变换检测法、四相四线制电路谐波检测、极坐标变换检测法等。我国虽在理论上取得一定的进展，由于多方面的条件的限制，我国的有源滤波技2

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术还处于实验阶段，工业应用上只有少数几台样机投入运行，离产业化目标甚远，很多关键技术如APF大容量化，模块化，标准化有待解决。目前我国有源电力滤波器研究工作的关键是进一步提高有源电力滤波器在生产试验中的实际应用水平，促进科研成果向工业成型产品的快速转化。随着我国电能质量治理工作的深入开展和国内对谐波问题重视程度的提高，利用有源电力滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场应用潜力，有源滤波器技术也将得到广泛的应用。 近几十年间电力谐波的研究，渗透到了数字信号处理、计算技术、系统仿真、电工理论、控制理论与控制技术、电网络理论、电力电子学等其它学术领域，已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。 2、基本内容和技术方案 本文针对现在电力系统中普遍存在的谐波问题，主要对变频器负载的三相四线制伺服电机的谐波检测超标问题，通过实验具体分析变频器工作时谐波的产生与抑制，设计并构建多套用于抑制多次谐波的装置，最后选择最优的一套方案实现变频器谐波检测达标的目的。 常用的无源滤波器通常由电容器、电抗器和电阻器串并联组合而成。它包括串联滤波、并联滤波和低通滤波。但由于无源滤波器结构原理的局限性，滤波效果并不理想，故本研究提出并联型有源电力滤波器以实现变频器谐波检测达标的目的。 并联型有源电力滤波器的系统总构成如图1所示。图中eS表示交流电源电势，iS为交流电源电流。负载为变频器，它降低了系统功率因数，产生了谐波，iL为负载电流。iC为补偿电流，iC*为补偿电流的指令信号，HPF为高通滤波器。 3

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图1 并联型有源电力滤波器的系统总构成图 如图1所示的有源电力滤波器系统由两大部分组成，即谐波电流检测电路和补偿电流发生电路(由补偿电流控制电路、隔离驱动电路和主电路三个部分构成)。其中，谐波电流检测电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波电流分量。检测方法可根据一种基于瞬时无功功率ip-iq检测法进行改进，使其适用于三相四线制电力系统。补偿电流发生电路的作用是根据谐波电流检测电路得出的补偿电流信号，产生实际的补偿电流。补偿电流控制电路的作用是根据检测到的各个电压和电流，由控制算法计算得出补偿电流的指令信号。主电路用来产生补偿电流，可采用PWM变流器，在产生补偿电流时，主要作为逆变器工作。 并联型有源电力滤波器的基本工作原理是，检测出补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经过补偿电流发生电路放大，产生一个与谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，以抵消电网电流中的谐波成分，使其仅含有基波分量，从而达到抑制谐波的目的，最终使变频器谐波检测达标。 4

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