2022年电力系统中谐波电流的快速检测及抑制 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用电力系统中谐波电流的快速检测及抑制安徽工程高校 电气工程学院 芜湖 241000 Methods of Harmonics Detection and Restraint for Power Systemb5E2RGbCAP College of Electrical Engineering, AnhuiPolytechnicUniversity, Wuhu , 摘要 : 241000p1EanqFDPw 针对电力系统谐波危害,我们当务之急是把谐波实时的检测出来并实行有 效的方法加以抑制；介绍了几种最新谐波检测方法和抑

2、制手段,争论了各 种最新方法的特点,并就其进展趋势进行分析 DXDiTa9E3d 关键词 : 谐波电流快速检测；抑制； Matlab Abstract: Harmonic, which harms to power system, shouldbe detected and suppressed by adopting effective ways. Thispaper introduces several latest detection and prevention ways, discusses the characteristics, and analyzes the further

3、developmenttrend of ways.RTCrpUDGiT Key words : harmonic current quick detect ； suppress； Matlab5PCzVD7HxA 中图分类号 TM712 文献标识码 AjLBHrnAILg 1引 言 1.1 谐波的产生及其危害 谐波是指对周期沟通信号进行傅立叶分解后得到的频率不为基波频率的分 量；在电力系统中,由于非线性负载的使用,使得电网中三相电压不对称、电 压波动等情形愈来愈严峻；正弦输入通过非线性负载时,虽然可以提高效率,但是同时也会使电流波形偏离正弦而产生畸变,从而在负 载电流中产生谐波；该畸变电流在系

4、统中传输,也会引起电压波形的畸变,从 而产生谐波污染问题；xHAQX74J0X 谐波的危害非常严峻,它使电能的生产、传输和利用的效率降低；电气设 备过热；产生振动和噪声；绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障和烧毁；引起电力系统局部并联谐振和串联谐振,使谐波含量放大,造成电器设备烧毁；使继电爱护等装量误动作；使电能计量显现纷乱等；对于电力系统外部,也会造成通信设备和其他电子设备的严峻干扰甚至引发安全事故；LDAYtRyKfE 在电力系统中 ,正常的电压和电流波形应当是频率为50Hz的正弦波 , 但是实际波形总有不同程度地畸变；特别是近年来 变频调速器、电气化铁路及家用电子电器等各种设备不断增加,

5、配电网中诸如换流器、电弧炉、,这些负荷的用电特性 非线性、冲击性和不对称性 使电力系统中电压和电流的波形发生较严峻地畸变；谐波电 流和谐波电压对公用电网是一种污染 , 它使用电设备所处的环境恶化,也对四周的通信系统和公用电网以外的设备带来 1 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用危害；Zzz6ZB2Ltk 1.2 谐波的检测 谐波检测是谐波问题中的一个重要分支,精确、实时检测出电网中瞬态变化的 畸变电流、电压,对抑制谐波有着重要的指导作用；传统的谐波检测方法主要 有：1）模拟滤波器测量

6、谐波； 2）基于 fryze传统功率定义的谐波检测法；3）基于瞬 时无功功率理论的谐波检测法；4）基于傅里叶变换的谐波检测法；5）基于神 经网络的谐波检测法； 6）基于自适应对消原理的谐波检测法；7）基于小波分 析的谐波检测法等等这些方法在实际运用中均有不同程度局限及缺点；针对这一问题,在以上各种 方法基础上的拓展和改进方法应运而生；dvzfvkwMI1 1.3 谐波的抑制及设备 谐波抑制的基本思路有二 : 一是装设谐波补偿装置来补偿谐波,这对各种谐波源都适用；二是对主谐波源 设备进行改造,使其不产生谐波,且功率因数可掌握为 1；目前,无源滤波是实际应用最多、成效较好、价格较低的解决方案,它包

7、括以下几种基本形式 :调谐滤波 单调谐滤波、双调谐滤波 和高通滤波；其中单调谐滤波主要适用于某次谐波的治理；双调谐滤波可以同时吸取两种频 率的谐波；高通滤波主要适用于高次谐波的治理,它可与单调谐滤波器协作,滤除高于该次以上谐波；传统的谐波抑制方式为LC调谐滤波器,但易和系统发生并联谐振,导致谐波放大；近年来,随着电力电子技术的进展,有源滤波补偿技术日益成熟,并得到了广泛应用；rqyn14ZNXI 2几种主要谐波检测方法分析 2.1 模拟滤波器 模拟滤波器有两种 ,一是通过滤波器滤除基波电流重量,得到谐波电流重量；二是用带通滤波器得出基波重量 ,再与被检测电流相减后得到谐波电流重量 ,其原理和电

8、路结构简洁、造价低 , 能滤除一些固有频率的谐波；缺点是 : 1误差大 , 实时性差 , 电网频率变化时特别明显； 2对电路元件参数非常敏锐 , 参数变化时检测成效明显变差；其原理见图 1,以 a相电流为例 , 负载电流经过低通滤波器得到电流中基波成分 , 再用负载电流与此基波成分相减便得到谐波成分；这种谐波检测方法具有成本低、响应速度快、结构简洁和易实现等优点；EmxvxOtOco 2 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图1谐波检测原理图2.2 基于瞬时无功功率的谐波电流检测法日本

9、学者 H. Akag i 1983年提出瞬时无功功率理论 ,以瞬时实功率 P 和瞬时虚功率 Q的定义为基础即 PQ理论 , 后又补充定义瞬时有功电流 i P 和瞬时无功电流 i Q 等物理量 ,经受了一个逐步完善的过程；它第一用于三相电路谐波检测中 , 目前在有源电力滤波器中 ,该谐波检测法应用最多；以运算 P 和Q为动身点的称为 P - Q法,以运算 i P 和 i Q 为动身点的称为 i P -i Q 法,它们都能精确地检测对称三相电路的谐波值 ,实时性较好 , 在只需测量谐波时可省去锁相环电路；i P- i Q 法的适应范畴更宽 , 能适应不对称电网和电压波形畸变时的情形 ,按 i P、

10、i Q 运算方式时 ,只读取 si nt和cost参加运算 , 畸变电压的谐波成份在运算中不显现,因而它在电源电压畸变情形下也能精确检测出谐波电流；而 P - Q法在这种情形下就误差较大；SixE2yXPq5 2.3用FFT系数傅里叶变换的幅值来分别谐波的算法假如信号中同时存在几个频率相近的整数次和非整数次谐波,利用现有的傅里叶变换和连续小波变换 CWT 方法都不能给出较为中意的分析结果,甚至连谐波的个数都无法判定3 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用利用连续小波变换系数傅里叶变换的

11、幅值来分别谐波的算法 ,通过仿真,验证了该算法能够把频率相近的整数次和非整数次谐波进行分别,检测结果基本能够反映实际的谐波情形,从而提高了谐波检测的精度,为电力系统中复杂的谐波情形供应了一种新的分析算 6ewMyirQFL 3谐波的抑制技术3 . 1 利用无源滤波器该装置利用谐振原理 ,通过 L、R、C组成的滤波电路对需要排除的高次谐波进行调谐 , 使之发生谐振 ,用其在谐振时阻抗最小的特性 , 有效排除指定次数的谐波 ,并在谐波源邻近就地吸取谐波电流 ,使指定次数的谐波电流被滤波器吸取而不能注入电网 ,从而达到抑制谐波的目的；详细来说 ,无源滤波器又有如下几类；kavU42VRUs 3.1.

12、1单调谐滤波器这是最为常用的一种滤波器 , 由 L、R、C串接而成 ,它是针对某一次谐波而设计的；当系统中有该次谐波时 ,由于滤波器的存在使得谐波容抗与谐波感抗 y6v3ALoS89 刚好抵消 ,整个滤波器电路对该次谐波仅相当于一个低阻通道 ,从而将该次谐波从系统中滤除；3.1.2 双调谐滤波器双调谐滤波器相当于由两个单调谐滤波器并联组成,它可以同时吸取两种频率的谐波；与两个单独的单调谐滤波器相比 ,它的基波损耗较小 ,但是结构比较复杂； M2ub6vSTnP 3.1.3 二阶减幅型滤波器这种滤波器又称为高通滤波器 , 可与单调谐滤波器相协作 ,它对于高于某次以上谐波的谐波阻抗较小 ,从而可以

13、从系统中滤除高于该次以上的谐波；这种滤波器基波损耗较小 ,阻抗频率特性较好 ,因此在电力系统中应用较多；0YujCfmUCw 3.2利用有源电力滤波器利用有源电力滤波器可以有效地用于电力系统补偿谐波、无功功率和电压不平稳,但是不足之处在于,应用到工业系统时简洁受到系统电压等级以及容量的限制；为了克服上述不足,降低系统容量要求,把有源滤波器和无源滤波器相结合的混合型有源电力滤波器的结构就应运而生,其中并联混合型 无源和有源相串联 有源滤波器,能够把无源滤波器补偿容量大以及有源滤波器补偿敏捷的优点结合在一起,详细结构如图 1所示；目前应用的有源电力滤波器多种多样,但总的来说,都是由谐波检测环节、掌

14、握系统和主电路3个主要部分构成；当需要补偿负载所产生的谐波电流时,有源电力滤波器检测出补偿对象负载电 流中的谐波成分,将其反极性后作为补偿电流的指令信号,这样由补偿电流发生电路产生的补偿 电流与负载电流中的谐波重量大小相等,方向相反,因而两者相互抵消,使得 电源电流中只含基波,不含谐波；这样就达到了抑制电源电流中谐波的目的；有源电力滤波器可以依据主电路使用的变流电路类型、拓扑结构和电源相数来分类；按变流器类型分为电流型和电压型；按拓扑结构4 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用可分为并

15、联型、串联型和串、并联混合型；按电源相数可分为单相、三相三线、三相四线等；eUts8ZQVRd , 3.2.1 并联型 APF 的工作原理 在各种有源电力滤波器中 ,并联型有源滤波器是最基本的一种也是工程实际中应用最多的一种,它集中地表达了有源电力滤波器的特点；其原理见图 2；滤波器从补偿对象中检测出负载电流 i l的谐波重量 ,将其作为指令信号 i*c, 由补偿电流发生电路 ,产生补偿电流if,即与谐波重量大小相等 ,方向相反；也就是说 ,电源只向负载供应基波电流 ,而谐波电流由有源电力滤波器的补偿电流发生电路供应 ,从而使得沟通电源电流 i s 中只含基波 ,不含谐波 ,这样就达到了抑制电

16、源电流中谐波的目的；sQsAEJkW5T 图 2 并联型有源滤波器原理图设非线性负载产生的负载电流为 i l ,供电系统供应的电网电流为 i s , 而有源滤波器的补偿电流为if , 依据基尔霍夫电流定律有 :GMsIasNXkA is = i l+ if 而非线性负荷电流中分别含有电流谐波重量ilh和电流基波重量 il 1,i l= ilh + i l1 为防止谐波电流流入电网 , 只要掌握 if = -ilh , 就 is = i l1, 即谐波全部被抵消 , 只有基波电流注入电网 ,从而防止谐波污染电网；TIrRGchYzg 3.3 主动谐波抑制3.3.1 增加整流相数 由谐波产生的机理

17、知 ,随着整流相数的增加 ,网侧电流谐波成分削减 , 电流波形接近于正弦波；在晶闸管三相桥式整流电路中 ,电流只含有n次奇次谐波 ,但高次谐波的振幅值只有基波振幅值的 这说明谐波次数越高 ,其振幅值越小；在多相整流电路中1/n, ,谐波的影响就显著削减,当然整流相数提高 ,会使设备的造价相应提高；7EqZcWLZNX . 3 . 3 35 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用脉宽调制法采纳PWM 在所需的频率周期内 , 将直流电压调制成等幅不等宽的系列沟通输出电压脉冲 的；主动型谐波抑

18、制方案的主要问题在于成本高 , ,可以达到抑制谐波的目效率低 ,所以对于较大功率的电力电子装置,一般除了采纳主动型谐波抑制方法以. 外, 仍要辅以无源或有源滤波器加以抑制高次谐波；lzq7IGf02E 3 . 3 2波形叠加法逆变器输出端的电压谐波严峻地影响了DC - AC变换器的应用；但假如用两台逆变器输出的电压在副边叠加, 使两台逆变器的输出波形每半周内都保持60间隙,然后其次台逆变器输出波形相对第一台逆变器输出波形相移 36,这样第一台逆变器的输出波形中的五次谐波和其次台逆变器输出波形中的 五次谐波 zvpgeqJ1hk 的相位差为180,五次谐波在变压器副边相互抵消,达到了同时排除三次

19、和五次谐波的目的,逆变器输出电压波形接近于正弦波；NrpoJac3v1 4 终止语 随着电力系统的不断进展 ,接入的设备越来越多 ,电力网络的结构也越来越复6 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用杂,在这种情形下 ,电力系统的谐波问题也就越来越受到关注；因此 ,检测谐波和 抑制谐波已成为电力系统工作中不行忽视的环节 ,日益受到重视； 1nowfTG4KI 参考文献【1】隋国辉 ,Net平台 AOP框架应用争论 , 四川高校 . 20010 年5月【2】曲洪桥 , 郑雪峰 , 用AOP

20、的横切机制解决面对对象设计中的耦合问题【3】李清华 , 基于 AOP 的系统实现争论J微运算机信息 , 2006,18fjnFLDa5Zo ,武汉高校 , 2022 年 5 月【4】任洪敏 , 钱乐秋 . 构件组装及其形式化推导争论 J. 软件学报 , 2006, 146:1066- 1074tfnNhnE6e5 【5】王兆安 ,杨君 ,刘进军 . 谐波抑制和无功功率补偿M . 北京 : 机械工业出版社, 2005 .HbmVN777sL 【6】李圣清 ,罗飞 , 张昌凡 .基于ip 及iq运算方式的改进型谐波电流检测方法 J. 电气传动 , 2003 , 33 2: 48- 50 . V7l4jRB8Hs 【7】童诗白 , 华成英 . 模拟电子技术基础 M . 北京 : 高等训练出版社 , 2007. 【8】刘凤君 . Delta 逆变技术及其在沟通电源中的应用 M . 北京 : 机械工业出版社 , 2022.83lcPA59W9 申明：全部资料为本人收集整理,仅限个人学习使用,勿做商业用途；7 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页