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论文案例大全-电网谐波抑制研究

2021-05-11 13:37:00

  从上世纪八十年代到现如今,电能的使用量开始激增,国家建设超高压输电线路、西电东送等标志工程。电能作为重要的清洁能源之一,也是现代社会发展的基石。同时,电力电子技术也跟着飞速的发展起来了,随之而来的就是提高电能质量。影响电能质量的因素有很多,这里主要是研究电力系统中的谐波。

  电能质量的提高,离不开对电力系统中谐波的研究。谐波的主要来源与非线性负载,当电流经过非线性电力设备时,与非线性电力设备上所加的电压不能成线性关系的时候,就产生了非正弦电流,这就是谐波的由来。谐波能对电动机、发电机、变压器、输电线路、电力电容器、保护装置等产生较大的危害。所以滤波器的出现就是为了过滤电力系统中的谐波。滤波器有两种:一是无源滤波器,二是无源滤波器。无源滤波器只能对特定的谐波进行补偿,而有源滤波器能够对电力系统中的谐波进行动态补偿。所以我们主要是对有源滤波器的滤波效果进行分析,通过仿真的结果来验证滤波器的补偿特性。谐波的污染严重制约着电力系统中电能的利用效率,所以如何更好的消除电网中的谐波以成为一个重大课题。

  本文通过对有源滤波器各种串并联研究,选择三相三线制并联有源电力滤器作为仿真对象,然后画出三相三线制并联有源电力滤波器电路图,设置参数。试验结果表明这种有源滤波器对电网中的谐波有着良好的补偿效果。

  近几十年来,随着我国经济的不断发展和人民生活水平的显著提高,用电需求也在不断增加。为此,国家先后建设了三峡、溪洛渡、白鹤滩等一系列大型水电站。正是有了它们使的我国的经济发展提供了助力,也使人民生活水平有了显著的提高。电力电子技术进步发展,许许多多的电力电子产品被用于各个行业。正因为如此,也带来很多问题。比如我国幅员辽阔,各种用电点多还有一些偏远地区,更加大了农村电网的建设难度。还有随着人们用电量的增加,使得电能的质量问题也越来越受到人们的关注了。怎么样去提高电能质量,研究表明,大量电力电子设备、非线性负荷、冲击负荷、非对称负荷和波动负荷对电能质量的影响较大,同时对电力网络稳定性带造成了影响。谐波对电力系统网络中组成的装置以及用电端的耗能电器件的使用寿命造成了影响,也有可能使其不能正常工作或者损毁,这是本论文研究谐波的主要原因之一。除这些影响外,还会对电网安全造成危害。也可能引起继电保护装置误动或误动,使得电动机的损耗增加,引起电力系统的并联谐振、测量误差、干扰通信系统等。因此,谐波的危害很大,如何处理谐波,还需要研究人员更加深入的研究。因此,消除谐波已成为电力行业的一大难题。

  1.2国内外研究现状和进展

  国外人们对谐波的分析早在上世纪五六年代,但那个时候的研究主要是高压直流和无功功率的静止补偿。正是受到上述的影响,人们对谐波的分析研究开始加深,开始对电力系统的谐波潮流分析和计算。电力系统的谐波谐波分析也有了进一步的发展,也就有了傅里叶等人提出的谐波分析方法。而从上世纪七十年代开始,随着各种电力电子设备被广泛用于工业、农业、家用电器上面,使人们的生活更加便利的同时,人们对谐波的认识进一步的加深,也开始意识到谐波的危害,从而开始关注谐波问题。在面对电网谐波这个问题上,很多的国家和国际学术组织投入大量的人力物力去研究谐波,以此想消除谐波。不仅如此还制定了电力设备的谐波标准和规定,如IEC、IEEE等都发布了关于谐波的标准跟规定,还有不少国家也相继推出了本国的谐波标准。在面对日益严重的谐波污染时,关于电网谐波的抑制研究和各种解决办法的论文层出不穷,也使得谐波问题有了较大的突破,也就是从无源滤波器的发展到有源滤波器,还有各种关于串并联的有源滤波器的研究,使得谐波污染的问题进一步的降低,电能质量也有了显著的提升。

  相比国外对谐波问题的发展而言,我国的发展就有很大的问题。我国对谐波问题的发展是在七、八十年代,但是由于我们对谐波的检测和分析有着较大的问题,所以对谐波问题的研究发展比较慢。后来我国学者通过对外国研究的借鉴和自身的研究,也对谐波分析有着重大贡献。我国的王良博士在1991年研究出来的3kva无功及谐波动态补偿装置,380v的三相电压型滤波器是华北电力科学院和冶金自动化研究院一起联合研制出来的。此外还有各所大学也对APF进行了深入的研究,像清华大学、华北电力大学、重庆大学。

  总体而言,我国对有源滤波器技术还处在试验和攻坚阶段,还不能大规模的应用到工业领域,还有很多的理论研究和技术还需要更多的突破。我们国家也对电力电子的专家学者给与充分的支持,大力支持各个交叉学科交流合作。也把谐波的基础理论研究和谐波的抑制技术列为国家自然科学基金的重点项目。

  1.3本文的主要内容

  本文主要针对的是谐波抑制技术的研究,还有对电力滤波器各种串并联对谐波补偿效果进行研究,还有就是对有源滤波器进行仿真工作。首先对这个课题的背景进行简单的描述,对现在国内外现状进行简单的介绍,然后介绍的是谐波的一些基本概念跟消除部分。第三部分从无源滤波器到有源滤波器的发展以及各种有源滤波器如何串并连使其能够更好的消除谐波。最后进行仿真,通过MATLAAB进行仿真实验,得到波形图。实验结果证明这种装置能够有效降低谐波。

  2.谐波的发生与防护

  2.1谐波的出现

  2.1.1谐波的解析

  经济飞速发展的当下伴随着电网系统的不断优化,越发达的城市其中也会有复杂的电力网络。而电网中突出的问题就是谐波相关问题。在时时刻刻随参数改变而调节的电力系统中,一个是频率近似等于周期的基波,另一个是远大于周期的谐波,很显然我们需要的事基波而舍弃的应该是谐波。就我国而言只要符合频率定为基波或者周期波的整数倍这一条件我们就称它为谐波,而剩下大于周期波频率的其他波形就称作为非谐波。

  2.2.2谐波的数学表达

  谐波的概念仅仅是让为了我们理解它,而计算公式则能将它数字化。在我们选择抑制装置时这些计算公式所产生的结果可以作为我们的参考条件,为了便于研究,电力网络的电压和电流波形都看作为理想状态的正弦波形,将u(t)设为实时变化的电网电压,U设为u(t)的有效值,α则是正弦电压的初相角,具体表达式如下:

  (2-1)

  需要用到电压u(t)电力元件的有电阻,大电感大电容等,而由这些元件组成的电路可以是比例、积分和微分电路,经过了这些电路输出电压波形不变还是正弦波形。当遇到非正常运行的故障情况时也就是u(t)作用到非正弦工作电路中时,就会产生输出电压和输出电流都是非正弦波的情形又或者是非正弦电网电压作用在线性元件组成的电路中时也会输出非正弦的电流,出现了非正弦的输出时对电网的稳定性影响还是非常大的因此需要我们杜绝此种事件的发生。

  分析波形的周期性我们可以采用傅里叶级数分解的方法,通过它可以计算正弦周期波形的幅值和相角等参数。周期T是2π与角频率W的比值得到的,在满足傅里叶分解的前提条件下u(t)可以进一步演变傅里叶分解形式下的表达式,具体公式如下:

  (2-2)

  当级数n取值为0使,系数a的计算方式为在一个周期2π下公式2.2的积分值,实际表达式如下

  a0=(2.3)

  当分解的次数n大于等于1时,系数a是在公式2.2与余弦的乘积先对wt作微分再再周期2π下作积分最后与2π相除就可以得到,系数b的计算公式和a的相同,它们的计算公式如下:

  an=n=1,2,3……(2-4)

  bn=n=1,2,3……(2-5)

  从不断分解的计算公式下可以近似将谐波等同于计算公式中的频率,当电网电压输出为非正弦时,默认与正弦输出时下频率相同的为基波,而其他的就是谐波了。有了非正弦的电压计算公式,只需要将此表达式与阻抗作除法就可以的到非正弦下的电流输出计算公式。

  2.2.3电力系统的谐波标准

  任何系统的搭建都需要参寻相应的规则,电网的构建也不例外,本论文就谐波的相关评定作出阐述,在保证电网输出电压稳定性的前提尽可能将谐波消除,由于用电电压有大的也有小的,因此我们需要统一个标准,在经济可行的情况下滤除掉对电力系统稳定性以及用电装置的使用寿命造成威胁的谐波。中国的电力行业由于起步没有西方发达国家的要早,所以要在结合国情的情况下也按照电力系统谐波抑制标准执行者。

  以谐波电压的实际包含量和谐波波形的非正常波形占比来将各种电压等级的电网谐波分量进行划分。西方的电工委员会和大电网组织也是用这种方式划分的,从电网电压和电力装置的方向来制定相应的技术参考。其中有:1kv以下和包含1KV的电网等级下谐波的占比为百分之五,个别为百分之三和百分之7;24KV到77KV的中等电网电压等级下的谐波占比为百分之2,个别为百分之五和百分之6;84kv以上和包含84kv情况的谐波占比为百分之一,个别占比为百分之2和百分之3;从这些参数可以看出电网的电压等级越高谐波所占的百分比也就越低,符合西方发达国家地广人稀和电压等级小的特点。

  中国的谐波标准在参考了以上的情况下加入了其他符合国情与今后发展的因素。水利水电部门在1984年就发布了SD126.84标准,这项标准全面的阐述了西方的谐波标准,1993年在SD126.84标准下结合中国国情发展制定了比较符合当时发展的标准SDl26.84并在次年的3月份执行,也是作为如今电力系统更新的参考因素之一。具体参数设置如表2.1所示:

  表2.1我国电网谐波电流限值(相电流)

  2.2.4谐波的产生

  电力系统中电压等级有许多种,伴随而来的电网谐波也有许多种。如果电网的供电元件为非线性的装置,那么它就会破坏电力系统的稳定性。对电网的安全造成威胁,谐波的产生既有电力系统本身就有,也由各种电器设备产生,除了产生正常的基波电压输出还会伴随有大量的谐波对电网造成危害。一种谐波电压波形对应一种谐波来源。谐波的来源广泛,除了电网中特定的用电装置外还包括有非线性用电装置等等。这些谐波电压是导致电网频繁波动和不正常运行的原因。

  当然以上来源所对应的元件与元件的串并联所组成的新电路也能产生谐波,其中常见的有变压器与电抗器的并联等,都知道单个的变压器产生的谐波影响小甚至可以忽略但是与电抗器并联起来的新电路产生的谐波就很大了。

  组成电网的器件装置可能产生谐波,消耗和创造出电能的电机同样也能,但是在谐波分析时,通常忽略后者。从根源上讲,电机同样也能够像非线性负载那样产生谐波但是构成电机谐波的基本是零序类谐波,三次甚至以上的占比很少基本可以忽略,这是从波形上分析的。当然也能从整个电力网络来看,如果电压等级很大,大到短路所产生的容量可以吸收掉谐波,因此电机类装置产生的谐波可以忽略。对于输电线路上的阻抗来说也跟上述后者基本相似。以上的出结论:在分析电力系统谐波是时,电机装置和输电线路的谐波我们可以忽略。

  需要注意的是变压器、电力电子装置、电弧消除炉以及中低压等级下的用电装置等等。下面详细介绍所列项:(1)变压器类,从结构上看变压器是由铁心和线圈组成,左右线圈的匝数比就是电压比,在电力网络中,主要的谐波就是铁心饱和时产生的。为了避免此类情形发生就必须将T的工作点设置在线性区域之内,越近越好。(2)电力电子装置类,通过数据调查得出电力网咯中有占比百分之四十五都是来自此类,需要我们着重关注。电力电子是运用在控制类电路中的元件,它们组合能够成常见的整流逆变斩波等电路,由于控制性电力电子器件内部独有的结构而使它在正常工作时产生的不是正弦波而是谐波,电路所包含的控制型器件越多,产生的谐波占比也就越高。解决方法是在能完成相应功能的情况下尽可能减少控制器件的使用。(3)电弧消除炉类,电力系统中电压的等级很高导致了在开通和关断时产生的电弧也就越多,电弧能影响系统的稳定性,电网系统要是不稳定了也就相当于谐波的占比增多了,因此此类情况需要杜绝。(4)中低压等级下的用电装置类,从大家所能接触到的用电设备上分,能够将产生谐波的用电装置归类。其中包括电器类比如电视、电脑、电冰箱等等还有是精密用电设备类包括计算器、医疗检测装置等等。这些耗能装置内部的控制型电力电子器件大都由可控硅构成的,有的内部还包含有小型变压器,虽然说单个的用电装置产生的谐波对于电网的影响微乎其微,但是中国人口多的这一天然条件,其谐波总和也占了影电力网正常运行的大部分,因此选用家用电器尽可能选择可靠的切忌别贪小便宜。做到了这些起码用电设备产生的谐波这块可以改善。

  2.3谐波的危害

  研究谐波是因为它会对电力系统的稳定性造成危害,需要遏制它来提高电力网的安全性,除了对电力网络造成冲击外它还能减少组成电力系统的设备以及用电端耗能装置的寿命。下面罗列出谐波主要造成的危害。(1)破坏电压的波形;(2)减小电力网的功率因数,导致电力电子设备功率损耗增加;(3)线路等效阻抗上的无功消耗增加,降低了输电线路的使用时间增加了不必要的维护成本。(4)变压器损耗变大,由于饱和时的铁心会产生谐波,谐波的发生导致变压器铜耗的增大,也使铁耗也相应增加。(5)影响电力网中的电容装置,当出现热现象时,谐波会通过电容器放大输出的谐波电流,电流增大导致产生的热效应也增多,任何产品只要不正常运行都会影响到它的使用寿命,电容类装置也不例外。(6)自动控制类装置失效,谐波的产生对于自动化组成的控制系统影响很大,它是通过影响控制类电力继电器来实现的。(7)变频类装置不能正常工作。(8)电表等计算电能消耗类装置受影响。

  2.4谐波的治理

  谐波产生的原因有很多,从产生的源头来消除谐波是最根本的治理方式,常见的手段如下:(1)通过增加变换装置的输出波形脉动次数来减小谐波的高次波,从组成电力网的设备装置来看,它们所共有的特点是都包含有整流环节,不同类型的装置整流组成的电路大都不同,从仿真的情形分析当组成整流装置的相位和脉冲的数量增加时谐波却相应的减少。查阅电力装置使用手册也与其对应,所以可以通过整流器输出波形的脉冲数来减少谐波。(2)交流过滤器件可以减少谐波的占比,从滤波装置的组成分析:该装置是由电感电容等元件组合而成的串并联谐振网络。它能够实现对造成谐波占比增加的元件附近进行抑制的效果,除了这一特性,滤波器还可以进行无功补偿。(3)通过使用大型无功补偿装置对大型装置比如电弧消除炉和大型起重器械等快速变化的谐波发生源进行抑制和消除。中国的电力系统在此方面发展的比较成熟,自主研发的无功补偿装置能够让大型耗能装置所产生的电网波动、三相输出电压不对等等得到抑制甚至消除。(4)通过大量使用电容器来阻值谐波的放大,当然大量使用并非滥用。而是在实际可行和经济的情况下来使用。(5)无源滤波器和有源滤波器都能降低电力系统中谐波的含量。

  3.电力滤波装置的组成

  滤波装置是由电阻与电抗以及电容的串并联而组成的,分为有源跟无源两种。它们的应用领域,处理方式以及对电网用电端负载的影响都有区别,区别如下。

  3.1无源电力滤波器简述

  由于中国国情的影响,使得此类型滤波装置被大量使用。和有源滤波装置的一个明显区别是他不需要电源单独供电且有着安全性高、原理结构易懂和价格实惠等优点。对于一个具体的电力系统网络,也常常讲这些作为选择滤波装置的参考条件。从内部上看,无源滤波集成装置是利用电阻跟电感和电容的串并联来实现滤波功能的。

  具体过程是:首先谐波通过线路带有滤波器的其它大型电子装置中,电阻为谐波电流提供通路,在保持能够稳定输出正弦电流的前提下将其他非正常的波形电流给短路掉,这样在滤波装置的输出端就能得到不含有谐波的基波电流了。也就不存在对电力网络产生危害了。

  无源滤波装置按照可滤去谐波的频率分为单频率调节电感电容滤波装置、双频率调节电感电容滤波装置和多频率通过滤波装置三种。单频率调节滤波装置是运用电感和电容的基本特性为符合频率要求的谐波形成一个回路,从而使它不能流进电力网络并不断减少甚至消除的一种电利电子器件。但是单频率滤波的装置只能针对一种数值的谐波频率进行阻断和消除,在电力系统这个大网络背景下,谐波的频率有许多种。如果购买此种装置则需要购买很多件,在成本上不合实际。

  双频率调节装置和多频率调节装置在这一难题上做了大大改进,内部增加了许多串并联回路能够使消除和阻断的谐波频率增多,降低组网成本。实际上,双频滤波装置运用的偏多。改变了电力网络与双频率滤波装置等下效阻抗比也就改变了阻断的谐波频率了。

  虽然中国大量使用的无源滤波装置是双频率滤波装置,但是并不代表无源滤波这一不需要电源驱动的滤波装置没有缺点,任何电力电子产品都有缺点。第一,电力网路要求无源电力装置的滤波频率并不是想设置多少就是多少,需要总合网络中的各种元件参数和市面上已有的类型来设计的,有很大的局限性。第二,电感电容这类元件使得无源滤波装置受温度漂移而影响着,不能够固定住一个参数不动。第三,无源滤波装置除了能够利用的内部结构组成为谐波电流提供一个回路让其消除,它同时也能与电感电容产生谐振平行的情况,不仅没有滤去对系统危害的谐波反而增大了它。第四,无法与无功补偿相关环节配合运行。

  3.2有源滤波器介绍

  与无源滤波装置的不同是,它需要电源提供驱动电流而非并入电网借助电网的电压来驱动。这一结构大大提升了检修时操作人员的人身安全,因此新一代的电力网路滤波装置大都采用此种滤波装置。新一代的滤波装置弥补了无源滤波装置动态调节差、电力网络参数改变过大、回应速度慢等短板,它在无源电力装置结构基础下添加进自动化等因素也就是可控型器件还有流入反向高频抵消谐波电流等等。相应的对比有:第一,反向抵消谐波的加入补充了电容电感产生的无功功率同时消除和阻止快变的情况的发生。第二,新的滤波装置滤波频率的设定不需要参照系统的等效阻抗,还能避免谐振平行增大谐波的发生。第三,跟无源滤波装置相比较除了能够抑制多种频率的谐波之外还增加了系统稳定安全性。

  3.2.1有源滤波器的原理分析

  有源滤波电力装置由电流输入端、主要电路、控制电路、检测电路、非线性负载组成。首先,输入端流入电网电流进入检测补偿环节,当检测出符合滤去波形频率的波形给检测出来并显示报警,然后经过主电路进行相应滤波操作,最后将正常的电力系统电流输进系统中,具体功能的框图如下3.1所示。

  3.1有源滤波电力装置的组成框图

  3.2.2有源电力滤波器的分类

  按照输入源电压的性质,可以叫有源电力滤波装置分为直流有源电滤波装置和交流有源电力装置两大类。由于电力网络中全部为交流性质的电压,所以直流类的电力有源滤波装置不作细分。交流电力滤波装置分为可以单独使用的有源电力器件和混合型交流电力滤波装置。单独使用的电力滤波器件加入电力系统中有并联类型和串联类两种。混合型则是将单独电力的滤波装置相互串并联而形成的,具体划分如3.2图所示。

  图3.2有源电力滤波装置的分类

  1.直流电力滤波装置和交流电力滤波装置

  根据电流的性质有源电力滤波装置可分为以上两类,直流性质的有源电力滤波装置适用于高电压等级的直流输配电环节和环流功能的直流端处产生的谐波。交流性质的电力滤波装置用于产生交流电流产生的谐波。由于整个电力网络大都是以交流性质的电流运输工作的因此此种交流类的电力滤波装置使用的更多。

  2.串联类型和并联类型的电力交流滤波装置

  应为滤去的通常是谐波电流,而电流的产生是电压加载等效阻抗上计算出来的,所以起初的交流电力滤波装置大都是并联类型的。并联指的是与并入电力网络中,这样做的好处是它能够用消除在负载中流通的电流类型的谐波。并联类型的电力滤波装置最大的一个亮点是它可以在电网断电或者供电时时安装进电力网络中使用,大大的减少了维护调试的成本,直到现在中小型工业生产时用到的电力滤波装置就是这种。

  不足的是这种滤波器与逆变装置配合使用没有加入过渡环节而是直接与其相连,这就必须得配合用电负载端的系统容量,在另一种成都上增加了组网成本。除了要和逆变器配合使用我啊还通过与串联耦合性质的电力变压装置才能与电力网络相连。如果是负载的电力网络采用此种类型的电力装置就会显得系统设计图负载难懂,所以才有了多种交流电力滤波装置的混合类型。

  3.混合类型的交流电路滤波装置

  鉴于单独使用的交流电力滤波装置上的缺点,将对应的交流滤波器进行串并联组合,就组成了混合型交流滤波装置。这样连接能够解决单独使用时电能的输出,在保证稳定滤波的前提下进一步减少了维护运行成本,下面我详细的介绍其中常见的四种情况。

  第一种,将并联的有源电力滤波装置与并联的无源电力滤波装置组合形成高频电力滤波装置。首先,该类型的装置由交流电源、谐波发生端也就是电网电流、无源电力滤波装置以及交流装置组成。相应部件组成如下3.3图所示。

  图3.3混合类型的交流电路滤波种类一

  在使用该类型的器件时,需要注意两种性质的滤波装置相互谐波互通的情况发生,在消除的过程中,交流滤波电力装置中的谐波可能流入直流滤波器中,也有可能是直流的流进交流的。为了避免此种情形的发生将此种混合混合类型的电力装置中的滤波频率设置成不同数值,这样就能里面两种相同的谐波叠加。交流滤波电力装置最大的优点是可以进行高频率的谐波电流进行消除和阻断,这一项功能在一种程。

  而由许多种单调滤波器件和高频率通过的滤波装置组成的直流电力滤装置则主要过滤掉剩下的开通和关断控制型器件的谐波。此类型的容量虽然无源电力滤波装置的下减少了装载容量,但开关型器件的耗能却没有减少或者说变化的不大。而我们需要的时候让产生在开关器件两端的电压值下降。

  第二种,是串联的交流电力滤波装和并联的直流滤波装置组合使用。同样此种类型需要交流电源为其供电,与第一种不同的是该种电力装置加入了小型变压器,利用变压器的阻断功能很好的解决的谐波互相叠加合一难题。具体组成如选图3.4所示。

  图3.4混合类型的交流电路滤波种类二

  串联的交流电力滤波装置的一个特点是它的高次谐波电压数值与电力系统中的谐波电流成正比例函数关系,也就是相当于用电流的数值控制电压的电压源。在电力网络中,为了方便计算常常把交流电力滤波装置等效为一个谐波阻抗。如果该阻抗的数值大于电力系统和无源电力滤波装置等效阻抗中的一种时,电力网络中就会存有少量的谐波电流也就是无法阻断谐波进入网络中。但是,对于电力系统需要的正弦波电流流过交流电力滤波装置,该装置的等效阻抗可以忽略不计。则此时交流滤波器充当了一个隔离环节。

  交流电力滤波装置在工作中过程中对谐波的处理是强制执行的,电力网咯产生的谐波电压流入串联的交流滤波器中时,电源端的谐波电流就无法危及到负载侧的安全。当达到可以产生谐波的频率时,无源滤波电力装置的等效阻抗更加小。

  结合二者的优点组合而成的混合类型交流电力滤波装置在补偿无功环节大大提升并且在能够实现相关滤波任务的前提下,降低了运行组网成本。但是,从结构上分析此种滤波装置,有源滤波电力装置的等效阻抗比无源滤波器相差不远,这就会使得负载测得谐波电流经过无源滤波电力装置时,无源滤波电力装置不工作而使得谐波电流进入到负载中危害用户的供电安全和电器的使用寿命。

  第三种,交流电力滤波装置和无源电力滤波装置并联后接入电力系统中。这种组合型电力滤波器与第二种不同的是当中没有交流电力滤波装置,它只包含有直流电力滤波,小型变压器隔离以及变流器组成。具体构成如下图3.5所示。

  图3.5混合类型的交流电路滤波种类三

  如果采用此种滤波装置,直流电力滤波器在保证滤波的前提下大大增加了滤波性能,使得滤波的谐波种类变多。这种结构下,电力网络的电压无法施加到装置上,当电力网的用电设备容量偏低时,开关型的电力电子器件和输电线上的等效阻抗上的电压水平增加,增加了设备和线路的使用寿命,使得整个电力网络在最好的状态下运行。这种方案下,电路的组成比较繁琐复杂,对于符合频率的谐波频率需要调节。调节系数k值如果设置不当就会使得电力网运行不稳定。

  第四种,直接注入型交流有源滤波装置,其中直接注入型还能细分为串联注入和并联注入两类。具体组成如下图3.6所示

  图3.6直接注入型交流电力滤波装置

  3.2.3电力有源滤波装置的参数规定

  使用一个装置就要熟悉它的参数理解它是如何设定的,有源电力滤波装置的设定主要参考谐波包含百分比HR和谐波畸变占比两项指标。

  谐波包含百分比是实时下的谐波去平均方根再与实时下的正弦波做比较得出来的,具体公式如下所示。

  h次谐波的电流含有率

  谐波畸变占比是各项谐波取平均方根后与各项基波取平均方根后作比得到的,具体公式如下。

  经过比对数据和查阅相关书籍得出,谐波畸变占比越小和谐波包含占比越小能够将谐波的含量控制在国家设置的标准内,从而提高了电力网络的稳定性能跟安全,只有将谐波尽可能的减少,电力网的运行才会大大提高。

  3.2.4影响有源电力滤波器补偿特性的因素

  从结构上看有源电力滤波器可以看出,这种器件完全可以处理负载用户所产生的谐波并对其进行补充和消除。补偿的是电容电感等无功元件产生的无功功率,但是在进行检测查询功能时,需要着重注意控制类装置运行参数的设定,否则回因为参数的不准确误发指令导致谐波电流大部分流入电力网络。设置参数时应从幅度的大小和相位的高低来参考入手。

  3.2.5交流电力滤波装置在并联时的补偿设定

  鉴于交流电力滤波器的结构复杂,分析它的补偿特性时,应该从电路原理来进行分析,交流滤波装置等效电路原理图是由电压源和保护电阻的串联后在同时与电流源和谐波发生处构成的具体电路图如下图3.7所示。

  图3.7交流电力滤波波装置并联时的工作原理图

  4有源电力滤波器仿真分析

  4.1仿真电路及主要参数

  下面是三相三线制并联有源电力滤波器结构图

  图4.1三相三线制并联有源电力滤波器结构图

  如图4.1所示,6组开关器件的通断控制这个并联有源滤波器工作情况。

  这个开关函数为:

  (i=1,2,3…)(4-1)

  三相电源电压之和:,已知,就可以得到下列微分方程;

  (4-2)

  式中——

  ——控制元件的系数,。

  三相三线制并联有源电力滤波器仿真电路

  如图4.2所示。

  电网当中的电压380v

  内阻0.0311Ω

  频率50Hz

  非线性负载15Ω

  L 20 e-3 H

  这里的检测方法是采用瞬时无功功率的谐波检测方法。

  图4.2并联型有源电力滤波器仿真图

  其中,各部分模块图具体如下:

  (1)谐波电流检测环节模块

  图4.3谐波电流检测环节模块

  (2)PWM模块

  图4.4 PWM模块

  (3)非线性负荷模块

  图4.5非线性负荷模块

  5.2仿真结果及分析

  以下是仿真图,通过这些仿真图。我们可以更加直观观察到试验的过程原理及实验结果。

  图4.6系统母线三相对称电流波形

  图4.7非线性负载电流波形

  图4.8系统电流谐波分量

  图4.9谐波补偿电流

  由波形图的变化可以知道,即使非线性的负载有很严重的谐波,由有源滤波器进行补偿后输入的电流差不多是正弦波形,可以说基本达到补偿目的。仿真的结果证明了并联型的有源滤波器能够补偿三相整流桥非线性负载产生的谐波。