电力系统谐波研究与治理.docx

电力系统谐波研究与治理摘要：文章论述了谐波产生的原因、危害及谐波的检测方法、抑制方法等。谐波主要检测方法可以分为三种：基于FFT的数字化分析法、提取基波分量法和自适应检测法。对基于瞬时无功功率的三相电路谐波电流检测方法进行研究提出在控制策略上采用直接电流PWM策略进行电流型变流器的DC-AC变换能有效提高供电系统在控制上的灵活性。关键词：电力谐波；检测方法；抑制方法；有源电力滤波器；电力系统文献标识码：A中图分类号：TM711文章编号：1009-2374（2016）07-0124-02DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.07.0631概述随着我国电网建设的日益发展非线性、冲击性和不平衡的用电特性对供电质量造成严重污染如配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路等。而且现代复杂、精密的电气设备对电能质量提出了更高的要求。但是在配电网系统中不可避免地存在谐波对供电系统的稳定性和安全性产生诸多不利影响。目前对电网谐波主要的抑制措施是通过有源电力滤波器对不同大小和不同频率的谐波进行快速跟踪补偿使得各次谐波和无功有效分离可抵消负载中的相应电流实现动态跟踪补偿且补偿特性不受电网阻抗的影响。目前国内外学者对谐波的研究表明谐波对电网系统的危害主要表现在以下四个方面：（1）谐波可能会引起谐振使得谐波畸变进一步放大；（2）谐波可能通过在变电网中产生附加谐波损耗而引起用户电气设备故障；（3）在变压器位置谐波电流会引起变压器固件发热会使固件局部过热固件运行噪声增大甚至引起变电器设备故障影响供电网供电可靠度；（4）在供电网中产生的谐波会对电力电子设备产生严重干扰可能会引发电力电子设备无法正常运行而造成重大事故。目前国内外对谐波的抑制方法主要可以概括为两种途径其核心都是考虑从源头控制以供电系统的电力电子设备等装置为出发点从源头减小谐波的产生。目前这两种途径可简单改为主动型和被动型。其中主动型是通过在装置中设置不产生谐波的变流器从而减小谐波的产生而被动型则是通过在供电系统中外加装置如滤波器或有源滤波装置等吸收系统在供电过程中产生的谐波从而降低谐波。因而在既有运行的供电系统中只有通过添加外加装置才能实现谐波的有效控制。由于被动型谐波控制措施具有操作性更强、可靠性程度更高等优点目前在各大电力系统中应用广泛。2有源滤波器2.1有源滤波器概述谐波抑制手段主要有无源滤波和有源滤波两种。目前最常见无源滤波器的波器结构是将电容器和电感器串联而成对其所调谐的谐波起一个低阻抗“陷阱”的作用。由于无源滤波器具有结构简单、运行效率较高和成本降低等诸多优点至今仍然广泛地应用到谐波治理领域中。有源滤波器（ActivePowerFilter简称APF）相对于无源LC滤波器通过将检测出的负载电流进行各次谐波和无功的分离产生与其检测输出的畸变电流相位相反的电流并快速智能控制电流大小和频率在补偿谐波的同时也实现了电流的动态跟踪补偿。因而有源滤波器与无源滤波器相比虽然构造复杂、建设成本高但是其系统具有可靠程度高、运行效率高等诸多优点具有更广阔的利用空间。2.2谐波源类型目前对谐波源的研究认为谐波源可以分为两种类型：电流型谐波源、电压型谐波源。其中电流型谐波源具有电流源的特性产生谐波大小只与系统本身特性相关而与系统参数无关。电压型谐波源具有电压源的特性系统以电压源的方式在变电网中产生谐波。目前电压源谐波已成为变电网中主要的谐波来源。3谐波电流的检测方法谐波电流的检测精度和检测方法直接影响到有源滤波器的滤波补偿效果因而对相关检测方法的研究是影响有源滤波器滤波补偿系统的关键问题。目前国内外对谐波电流的检测方法主要为基于瞬时无功理论检测法、基于有功分离（理想传输量）的谐波检测方法、频率分析法（基于傅立叶变换）、自适应检测方法、基于神经网络的谐波检测方法、基于小波分析的谐波检测方法、带通滤波器或带阻滤波器检测法（模拟滤波器）和基于现代控制理论的检测方法等多种方法。在众多检测方法中由日本学者H.Akagi最先提出的基于瞬时无功理论检测法因其对于检测三项电路谐波值的检测效果实时性好且不受电网参数和负荷影响等优点在国内外工程中应用较为广泛取得了良好的工程应用效果目前国内外对此方法研究最为深入。4有源电力滤波器常用控制策略目前有源电力滤波常用控制方法主要为APF控制方法和直接电流PWM控制方法两种。4.1APF的控制方法本系统的一个重要环节是变流器的DC-AC转换即如何将变流器直流侧的SMES线圈电流转换为所需的交流电流输出。目前国内外存在多种DC-AC控制策略如三角载波线形控