并联型有源电力滤波器.doc

并联型有源电力滤波器
设计说明书

一、实验目的
（1）掌握谐波的基本知识和谐波抑制的方法；
（2）MATLAB中的Simulink应用；
（3）掌握有源电力滤波器的设计和仿真。
二、谐波的基本知识
1、谐波的概念
电力系统电能质量标准除电压、频率、可靠性外，还有波形。我国电力系统波形的标准是50Hz的正弦波形。由于国内外对发电机的设计和制造的质量标准中对波形有严格的要求，可以认为发电机发出来的电压波形都是标准正弦波形。但是随着工业化、电气化的发展，出现了许多非线性的负荷，如冶炼、电气化铁路、整流和逆变负荷、变频负荷等，接上这些负荷，使系统的电压、电流波形发生畸变。对于一个非正弦波形，可以按傅立叶级数展开成基本频率、2倍、3倍等数倍于基本频率的正弦波形之和。这些2倍以上的正弦波均称为高次谐波。
2、谐波的分类
电气系统所产生的谐波有以下2类：①暂态谐波：暂态谐波的产生是由于在电力系统中所使用的电气开关操作所引起，另外电力系统或者使用电力的生产设备发生故障，也将产生暂态谐波；②稳态谐波：稳态谐波是由电力系统中非线性负荷所产生。这些非线性负荷有：a．电流源谐波：大功率交流装置，如大型电解电源、大型电化电源、电力机车、轧钢机械设备、中高频加热炉、电弧炼钢炉、频率变换器、通用变频器等。b．电压源谐波：含有铁芯的大容量变压器、电动机、电焊机、铁芯电抗器、电压互感器等。其它象电视机、电池充电器、荧光灯等装置也会产生谐波，虽然单个装置的功耗不大，但由于使用面广，数量很多，因此，它们给供电系统注入的谐波分量也不容忽视。电流源谐波对电网的影响最大，电压源谐波对电网的影响极小。近来变频调速控制系统应用越来越广，其对电力系统的谐波污染不容忽视。
3、谐波的产生
（1）、电力系统本身存在着周期性的非正弦独立电源；
（2）、工频电压或电流作用于非线性负载；
（3）、电力系统中存在时变负载。
4、谐波的危害
电力系统的谐波会产生如下危害：
1)谐波电流使输电线路、发电机、电动机、变压器产生附加损耗，温度升高；使发电机、电动机、变压器的震动和噪声增加。2)谐波中的较低次谐波谐振会使换流装置工作不稳定。3)谐波电流会对通信、继电保护装置、自动控制装置、计算机产生干扰，损害通话的清晰度，造成电话铃误响、引起继电保护装置的误动等。4)若电网谐波较大，会延迟或阻碍消弧线圈的灭弧作用，导致单相重合闸失败，或不能采用较短的自动重合闸时间。5)使电能计量产生误差。产生谐波的用户因为向系统送谐波功率而少计量，而受害用户因吸收无用的谐波功率，还要多付费。6)谐波引起的谐波过电压会造成电网设备的损坏。7)造成电容器的损坏。电力系统中的谐波对并联补偿电容器有较大的影响：①增加介质损耗，谐波产生的损耗和谐波次数成正比，高次含量越大，产生的损耗也越大，使电容器温度升高，电容器温度升高又引起介损增加，这样反复循环，最后导致电容器热击穿；②引起或加剧介质内部的局部放电。
5、谐波的抑制
目前国内外主要从谐波发生源、配电系统以及谐波抑制装置3个方面来抑制谐波。本次专题实验主要采用设置谐波装置抑制谐波的方法。
（1）、传统的谐波抑制方法
1)加设电力无源滤波器。电力无源滤波器由L、C、R组成，其结构简单、运行可靠、维修方便，除滤波外还兼有无功补偿的功能，容量可设计成很大，现在广泛采用。2)增加变流器二次侧整流的相数。对于大容量的变流器，设计时尽量增加整流相数，相数越多，注入电网最低谐波次数越高，谐波电流越小，滤除越简单；如整流相数为6相时，5次谐波电流为基波电流的18．5％，7次谐波电流为基波电流的12％，若将整流相数增加为12相，则5次谐波电流可下降到基波电流的4．5％，7次电流下降到基波电流的3％。在采用并联多重联结的整流电路时，必须采取有效的措施保证可控电力电子元件触发移相的同步性，否则将会产生更大的谐波电流。3)防止并联电容器组对谐波的放大。并联电容器在电网中起提高功率因素和调节波动电压的作用。但是当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波放大。为避免电容器对谐波的放大，一般采取的措施是：改变与电容串联的限流电抗器；将电容器组某些支路改为滤波器；限制电容器的投入容量。4)增加电网短路容量，提高设备的短路比，降低谐波对接在同网上的其它设备的影响。
（2）、新型的谐波抑制方法
在一般情况下，交流器产生的高次谐波随时间变化，采用静止滤波及补偿器无法达到滤除目的及全部补偿。若采用有源滤波器即可达到理想的效果。有源电力滤波器(APF)实质上是一种大功率波形发生器，它把谐波经过采样、180。移相后，再完整的复制出来，送到谐波源的入网点。复制的谐波与原谐波幅值相等，方向相反，并跟随原谐波的变化而变化，因此，原谐波就被抵消了。有源滤波器由2大部分组成，即指令电流计