电力系统谐波研究及其治理

山东科技大学学士学位论文摘要摘要随着电力电子技术的发展,电力系统的发展及电力市场的开放,各种非线性负载(谐波源)应用普及,产生的谐波对电网的污染日益严重,电能质量问题越来越引起广泛关注。因此,谐波及其抑制技术已成为国内外广泛关注的课题。本文首先对国内外谐波问题及其现状进行了描述，介绍了电力系统谐波主要产生形式以及抑制电网谐波的主要方式，对现有的基于瞬时无功功率谐波检测方法进行了改进，提出了三相三线制并联有源电力滤波器谐波检测方法：基于瞬时无功功率理论的qpii改进方法。研究了并联有源电力滤波器电流控制方法，确定采用三角波比较控制方式作为本文所研究三相三线制并联有源电力滤波器控制策略。关键词：电力系统、谐波、谐波抑制、有源滤波器山东科技大学学士学位论文摘要ABSTRACTWiththedevelopmentofthepowersystemandtheopeningoftheelectricityMarket,thepowerqualityproblemisreceivingincreasingattention.Thepollutionoftheharmoniestothegridisinereasinglysevere,owingtothePrevalenceofthenon-linearloads(harmoniesourees).So,theharmonicanditssuppressiontechnologyisbecomingthetopicofcommoneoncernworldwide.Ageneraldescriptionofdevelopmentofharmonicaroundtheworldisgiveninthisthesisatfist.Itsimplyintroducesthemainmodeofsuppressingharmonic.Thisthesisputforwardanimprovedharmonicdetectingbasedoninstantaneousreactivepowertheoryconsideringthatthepowersystemisoftenunderimbalanceinourcountry,andaharmonicdetectionmethodofthethree-phasethree-lineparallelactivepowerfilter-theharmoniccurrentdeteetionmethodqpiibasedontheinstantaneousreaetivepowertheory.Keywords:Powersystem,Harmoni,HarmonieSuppression,AetivePowerfilte山东科技大学学士学位论文绪论目录1绪论........................................................................................11.1研究的目的和意义........................................................................11.2国内外研究状况和进展................................................................22谐波及其有源滤波器的研究................................................52.1谐波的基本概念.............................................................................52.2谐波的产生极其危害.....................................................................62.3谐波的抑制方法...........................................................................102.4有源滤波器..................................................................................132.5并联有源电力滤波器补偿特性的研究......................................152.6电力系统谐波标准......................................................................172.7本章小结......................................................................................173基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法...................193.1谐波检测方法研究现状...............................................................193.2三相电路瞬时无功功率理论.......................................................203.3基于瞬时无功功率p、q检测方法.............................................233.4基于qpii算法的谐波电流实时检测.........................................254并联有源电力滤波器的控制策略研究..............................284.1有源电力滤波器工作原理及模型...............................................284.2并联有源电力滤波器滞环比较控制方法...................................294.3有源电力滤波器系统...................................................................314.4直流侧电压的控制.......................................................................334.5本章小结.......................................................................................33山东科技大学学士学位论文绪论5有源三相滤波器的仿真.......................................................355.1检测模块分析...............................................................................355.2电流跟踪控制模块.......................................................................365.3有源滤波器逆变模块...................................................................386总结和发展..........................................................................396.1总结...............................................................................................396.2发展前景......................................................................................40参考文献..................................................................................41致谢..........................................................................................43山东科技大学学士学位论文谐波及其有源滤波器的研究11绪论1.1研究的目的和意义随着电力电子技术的迅速发展，大量非线性负荷（如电气化铁道牵引负荷、整流负荷、电力机车、电弧炉、变频调速装置等）接入电力系统，这些非线性负荷在系统电压作用下，供电电流发生畸变，含有大量的谐波成分。非线负荷的谐波电流注入系统后，在系统阻抗上产生谐波电压，引起电网电压畸变，造成电力系统谐波污染。目前，电力系统的谐波问题日益严重，不但降低了电能质量，还威胁到电力系统的安全运行。所以，对电力系统的谐波问题进行计算、分析和研究，并进而采取相应的抑制措施，是一项非常迫切的任务。改善电能质量，既需要供电部门提高供电质量，同时在用户侧就地改善电能质量也是很有必要的，相关标准明确指出：用户的非线性负荷、冲击性负荷、波动负荷、非对称负荷对供电质量产生影响或对安全运行构成干扰和妨碍时，用户必须采取措施加以消除。本文所要研究的主要就是如何在用户侧抑制用户产生的谐波电流以及电流不对称等电能质量问题。电能质量问题的提出由来已久，衡量电能质量的指标也是随着电力系统的发展而备受关注。在电力系统的发展早期，电力负荷的组成比较简单，主要由同步电动机、异步电动机和各种照明设备等线性负荷组成。20世纪80年代以来，随着电力电子技术的发展，非线性电力电子器件和装置在现代工业中得到广泛应用，不少用户对电能的利用都要经过电力电子装置的转换和控制，这些装置给人们生产和生活带来方便和效率的同时，使电力系统的非线性负荷明显增加。谐波研究的意义，是因为谐波的危害十分严重，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生山东科技大学学士学位论文谐波及其有源滤波器的研究2振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁，还会引起供电电压畸变，增加用电设备消耗的功率，降低系统的功率因数，增加输电线路的损耗，缩短输电线寿命，增加变压器损耗，对电容器有很大影响，造成继电保护、自动装置工作紊乱，增加感应电动机的损耗，使电动机过热，造成换流装置不能正常工作，引起电力计量误差，干扰通信系统，对其它设备造成影响。谐波研究的意义，还在于其对电力电子技术自身发展的影响。但是，现在电力电子装置产生的谐波污染已经成为阻碍电力电子救赎发展的重大障碍，它迫使电力电子领域的研究人员必须对谐波问题进行更为有效的研究。谐波研究的意义，还可以上升到治理污染环境、维护绿色环境来考虑。对电力电子来说，无谐波就是“绿色”的主要标志之一。因此消除谐波污染，已成为电力系统，尤其是电力电子技术中的一个重大课题。谐波研究及其抑制技术已日益成为人们关注的问题。1.2国内外研究状况和进展1.2.1国内研究现状我国在有源电力滤波器的应用研究方面，继日本、美国、德国等之后，得到学术界和企业界的充分重视，并投入了大量的人力和物力，但和电子工业发达的国家相比有一定的差距。我国从80年代开始大量采用硅整流设备，尤其是铁路电气化的迅速发展，推动了硅整流技术的发展和应用。电气化铁道具有牵引重量大、速度高、节约能源、对环境污染小等优点，电力牵引已成为我国铁路动力改造的主要方向。目前，非线性负荷的大量增加，使我国不少电网的谐波成分以大大超山东科技大学学士学位论文谐波及其有源滤波器的研究3过了有关标准，并出现