浅谈有源电力滤波器设计

浅谈有源电力滤波器设计
浅谈有源电力滤波器设计

综述

随着大容量电力电子装置在高压交流电力系统中日益广泛的应用,谐波和无功等问题严重地威胁着系统自身的安全稳定运行。针对10~35kV高压交流电力系统,国内外目前主要采用无源电力滤波器来抑制谐波并补偿无功功率。无源电力滤波器具有诸多的缺陷,难以达到理想的性能。受功率半导体开关器件的约束,有源电力滤波器常规技术方案的应用限制在低压交流电力系统。提出一种基于基波磁通补偿的串联型有源电力滤波器新原理,通过电力电子变换器的控制,使串联变压器对基波呈现很小的一次侧漏阻抗,对谐波呈现很大的励磁阻抗。通过电力电子变换器的控制,变压器一次侧呈现连续无极可调的电抗。借鉴基波磁通补偿理论及磁通可控的可调电抗器原理,根据串并联的对偶特性,本文提出一种新型的基于阻抗可控的并联混合型有源电力滤波器。在电力电子变换器的控制下,变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗,从而输导电力系统中的谐波电流,同时对基波电流呈现连续无极可调的电抗,与无源电力滤波器相结合,实时补偿系统的无功功率。通过变压器隔离降压,确保该滤波器安全、可靠、稳定地工作。

1 工作原理

1.1 变压器的结构

变压器的结构如图1所示。其一次侧AX与二次侧ax的匝数分别为W1、W2,变比k=W1/W2,一次侧与二次侧的互感为M。一次侧绕组的电阻为r1,自感为L11。变压器采用非晶态合金铁心,为了确保变压器工作在B-H曲线的线性区,铁心开有气隙。利用电压型逆变器向变压器二次侧绕组中注入补偿电流i2且满足i2=-α*∑i1(n)-β*i1(1) 式中:α为谐波补偿系数;∑i1(n)为实时检测的变压器一次侧谐波电流;β为基波补偿系数;i1(1)为实时检测的变压器一次侧基波电流。

1.2 谐波抑制原理

从AX端看,变压器n次谐波电压方程为ù1(n)=(r1+jW n L11)/ì1(n)+jW n Mì2(n)

若α满足谐波补偿条件α=L11/M

则从AX端看,变压器对谐波电流的等效阻抗为Z AX(n)=ù1(n)/ì1(n)=r1通常r1可忽略,因此,在满足谐波补偿条件时,变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗。谐波等效电路如图2所示。

高压交流电力系统的系统阻抗相对较大,由于变压器在电力电子变换器的控制下能够对谐波电流呈现近似为零的低阻抗,因而对高压交流电力系统的谐波电流具有很好的抑制能力。

1.3 无功功率补偿原理

从AX端看,变压器基波电压方程为ù1(1)=(r1+jW1L11)/ì1(1)+jW1Mì2(1)

由于r1可忽略,从AX端看,变压器对基波电流的等效电抗为

X AX(1)=ù1(1)/ì1(1)=W1(L11-βM)

变压器对基波电流的等效电抗与基波补偿系数β的关系如图3所示。

由图3可见,通过实时调节基波补偿系数β的大小,可以使得变压器对基波电流呈现连续无极可调的电抗,与无源电力滤波器相结合,能够实时地补偿高压交流电力系统的无功功率。

2 实验电路结构

2.1 主电路结构

图4为基于阻抗可控的并联混合型有源电力滤波器的实验电路结构图。主电路中,U S 为系统电压,Z S为系统阻抗。T为线性变压器,与谐波源及无源电力滤波器相并联。L f为逆变器输出电感,在变压器漏感较大的情况下,L f可省去。为了确保逆变器对指令电流的实时跟踪,采用IGBT作为功率半导体开关器件。U d为逆变器直流母线电压。L与C为无源电力滤波器的电感与电容,无源电力滤波器主要功能为补偿容性无功电流,兼滤除部分谐波电流。谐波源为带阻感负载的二极管全桥不控整流器。

2.2 控制电路结构

控制电路包括指令电流运算和补偿电流控制2部分。指令电流运算单元实时检测变压器一次侧的电流,根据电力系统无功功率补偿的要求,得到变压器二次侧补偿电流的指令信号。补偿电流控制单元将指令电流信号与反馈电流信号相比较,其误差通过PI调节器,再与三角载波信号比较,得到PWM信号,驱动逆变器中的IGBT开关。提出一种指令电

流运算方法如图5所示。

其中,i 1(t )=∑I n cos(nwt+ψn ),(low-pass filter,LPF)为低通滤波器,用于提取信号的直流分量,A m sin(ωt+ψ)与A m cos(ωt+ψ)为控制电路产生的幅值实时调节、与电网同频率、相位任意的正余弦,i c *为补偿电流的指令信号。

一次侧电流与余弦信号相乘,得到i 1(t )*A m cos(wt+ψ)= (A m

/2)

∑I n {cos[(n+1)wt+ψ+ψn ]+cos[(n-1)wt+ψn -ψ]}

经过LPF 得到直流分量(A m /2)I 1cos(ψ1-ψ)再与余弦信号相乘,得到i 1p , (A m 2/2)I 1cos(wt+ψ)cos(ψ1-ψ)= (A m 2/4)I 1[cos(wt+ψ1)+cos(wt+2ψ-ψ1)] 一次侧电流与正弦信号相乘,得到i 1(t )*A m sin(wt+ψ)= (A

m

/2)

∑I n {sin[(n+1)wt+ψ+ψn ]-sin[(n-1)wt+ψn -ψ]}

经过LPF 得到直流分量(-A m 2/2)I 1sin(ψ1-ψ) 再与正弦信号相乘,得到i 1p

(-A m 2/2)I 1sin(wt+ψ)sin(ψ1-ψ) = (A m 2/4)I 1[cos(wt+ψ1)-cos(wt+2ψ-ψ1)]

由式(8)与(10)可以得到指令电流i c *=-L 11/M (i 1- i 1p ,-i 1q ,)=-L 11/M[(1-A m 2/2) I 1[cos(wt+ψ1)+∑I n cos(nwt+ψn )]= -L 11/M[∑i 1(n)+(1- A m 2/2) i 1(n)]

比较式(1)、(3)与(11)可知,指令电流满足谐波补偿条件。通过实时调节正余弦信号的幅值Am ,可实时改变基波补偿系数β的大小。Am 与β的关系为Am=)1(2α

β-

3 实验与结果分析

为了证明上述理论分析的正确性,根据图4所示的系统结构图,设计了一套实验装置。系统电压为110V,系统侧串联5mH的电感。变压器的变比为1:1,一次侧绕组的自感为92mH,一次侧绕组与二次侧绕组的互感为91.69mH,二次侧绕组的自感为92mH,谐波补偿系数α=1.0033。无源电力滤波器参数为L=14.11mH,C=240μF。半导体开关器件为SEMIKRON公司的NPN型IGBT SKM300GB123D。采用TDS2002型数字示波器记录了实验波形,并采用了2533E型交流数字功率计测量了各种工况下实验数据。实验分6种工况进行。

(1)工况1。不加任何滤波器,此时系统电压电流的波形如图6所示。

(2)工况2。为了验证谐波抑制原理的正确性,只加有源电力滤波器,基波补偿系数β=0,此时系统电压电流的波形如图7所示。

(2)工况3。只加无源电力滤波器,此时系统电压电流的波形如图8所示。

(4)工况4。同时加无源和有源电力滤波器,基波补偿系数β=0,此时系统电压电流的波形如图9(a)所示。

(5)工况5。同时加无源和有源电力滤波器,基波补偿系数β=0.51,此时系统电压电流的波形如图9(b)所示。

(6)工况6。为了更加明显地验证无功功率补偿原理的有效性,同时加无源和有源电力滤波器,将基波补偿系数β提高到0.75,此时系统电压电流的波形如图9(c)所示。对以上6种工况下的系统电流波形进行了傅里叶分析。6种工况下的系统电流总谐波畸变率和系统功率因数如表1所示。从以上分析可见,该滤波器不仅能够有效地抑制谐波,通过调节基波补偿系数,还能够补偿无功功率。实验结果与理论分析相一致。

表1 6种工况下系统功率因数及电流总谐波畸变率

此原理用于三相交流电力系统时,为了适用于负载不平衡等复杂的工况(如:27.5kV 铁道牵引系统),可采用3个独立的单相变压器和单相逆变器的电路结构;用于高压交流电力系统时,由于系统的容量很大,为了提高有源电力滤波器的容量,变压器需采用二次侧多补偿绕组的结构。

课程设计体会

通过本次的课程设计,我有了很大的收获。由于谐波对电网的影响使我们的一些实际运行的结果失真。通过本次的设计,我了解了作为一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,APF能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行实时补偿。可以抑制高次谐波对电网及设备的影响。

通过本次的设计,我不仅巩固了书本上的知识,对其加深了解,更锻炼了我的动手能力。使我能够在进入社会之前有一次很好的锻炼机会。在将来踏出学园后不是一个只会纸上谈兵的大学生。做一个可以实战型的选手。让我对电力电子这门课程有了更大的兴趣,激发了我继续研究的兴趣。我会在接下来的专业课程学习中更加的努力学习,争取取得更大的收获。不断丰富自己的专业知识,武装自己的头脑。

在此我还要感谢那些在此次设计中给予我帮助的老师和同学,如果没有他们的帮助就不能顺利的完成此次设计。

参考文献

[1]吴竟昌,孙树勤,宋文南,等.电力系统谐波[M].北京:水利电力出版社,1988

[2]唐卓尧,任震.并联型混合滤波器及其滤波特性分析.中国电机工程学报,2000

[3]蒋斌,颜钢锋,赵光宙.一种单相电流检测法的研究.电工技术学报,2000

[4]李达义,陈乔夫,贾正春.基于磁通可控的可调电抗器的新原理.中国电机工程学报,2003

[5]唐敏,李群湛,贺建闽.牵引变电所无功谐波综合补偿技术方案研究.电网技术,2004

[6]罗安,付青,王丽娜.变电站谐波抑制与无功补偿的大功率混合型电力滤波器.中国电机工程学报,2004

[7]刘飞,邹云屏,李辉.C型混合有源电力滤波器.中国电机工程学报,2005

[8]陈乔夫,李达义,熊娅俐.一种大容量的串联型有源电力滤波器.电力系统自动化,2005

[9]盛建科,陈乔夫,熊娅俐.基于磁通可控的新型自动调谐消弧线圈.电工技术学报,2005

[10]丁洪发,段献忠,朱庆春.基于不对称级联逆变器的串联混合有源电力滤波器.电力系统自动化,2005

[11]孙建军,张振环,刘会金.基于级联型逆变器的中压有源电力滤波器滞环电流矢量控制.中国电机工程学报,2005

有源电力滤波器的研究热点和发展

有源电力滤波器的研究热点和发展 1、引言 近年来,随着电力电子技术的广泛应用,电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变,这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重,已成为了影响电能质量的公害,对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响;而另一方面供电方及其电力系统设备、用户及其用电器对电能质量的要求越来越高,这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。据《中国电力》报道,我国仅由电能质量问题造成的年电能损失就高达400多亿元,冶金、铁路、矿山等企业的谐波严重超标,因谐波问题导致的开关跳闸、大面积停电甚至电力系统解列等事故也屡见不鲜,因此对电力系统的谐波污染进行综合治理已成为摆在科技工作者面前的一个具有重要现实意义的研究课题。而有源电力滤波器 由于具有高度可控性和快速响应性,能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,因而受到广泛的重视,成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。 2、谐波治理的措施 目前,在电力系统中抑制或减少谐波主要从两个方面进行:第一方面是从产生谐波的谐波源装置本身入手。在这些装置设计时就考虑减小谐波的方法,增加谐波抑制环节,已减少电网的谐波注入量,在谐波源本身采取一些措施能大大减小电网谐波。但由于现代电力系统的复杂性以及电力半导体装置开关工作方式,不可能完全消除电网谐波。所以,谐波治理的第二个重要方面就是研究对系统中的谐波进行有效滤波和补偿的方法和措施。下面分别简要介绍这两方面工作的现状和发展。 2.1治理谐波源 近年来,随着几种电力电子装置的大量应用,可控和不可控整流器在电力系统中的应用越来越普遍。这类型整流器在带大电感 (rl)负载时电流近似为方波。带大电容(rc)负载时电流为尖脉冲,使电力系统中的电流严重畸变,成为目前电力系统中主要谐波源,也是目前治理的重点。针对这一类整流器减少谐波、提高功率因数的方法和措施,概括起来主要有以下几种: (1)多相整 脉宽调制pwmpulsewidthmodulation)整流技术; 2.2谐波滤波与补偿 采用主动治理谐波源的方式,可有效限制谐波的产生,但由于谐波源的多样性,要完全

无源滤波器设计

长沙学院 模电课程设计说明书 题目 系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期

数字电子技术课程设计任务书(11)系(部):电子与通信工程系专业:电子信息工程

长沙学院课程设计鉴定表

目录 一.无源滤波器的简介 (5) 1.无源滤波器定义 (5) 2.无源滤波器的优点 (5) 3.滤波器的分类 (5) 4.无源滤波器的发展历程 (5) 二.无源滤波器的工作原理与电路与电路分析 (6) 1.工作原理 (6) 2.电路分析 (7) 三.设计思路及电路仿真 (11) 1.无源低通滤波器 (11) 2.无源高通滤波器 (11) 3.无源带通滤波器 (12) 4.无源带阻滤波器 (13) 四.设计心得与体会 (15) 五.参考文献 (15)

一.无源滤波器的简介 1.无源滤波器定义 无源滤波器,又称LC滤波器,是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路,可滤除某一次或多次谐波,最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路;单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。 2.无源滤波器的优点 无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点,至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。 3.滤波器的分类 ⑴按所处理的信号 按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 ⑵按所通过信号的频段 按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。 带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。 ⑶按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 4.无源滤波器的发展历程 (1)1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器,次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。 (2)20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。 (3)自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展,滤波器发展上了一个新台阶,并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力,其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展; (4)到70年代后期,上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。 (5)80年代,致力于各类新型滤波器的研究,努力提高性能并逐渐扩大应用范围。 (6)90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。 当然,对滤波器本身的研究仍在不断进行。

有源电力滤波器设计

1 引言 近年来,公用电网受到谐波电流和谐波电压的严重污染,而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用,电网中的谐波污染也日益严重,谐波污染影响到供电质量和用户使用的安全性,因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。 滤波器在本质上是一种频率选择电路,通常用幅频响应和相位响应来表征一个滤波电路的特性。理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应,而在阻带内应具有无限大的幅度衰减。按照通带和阻带的相互位置不同,滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通5类。有源滤波器采用有源器件需要使用电源,加上功耗较大且集成运放的带宽有限,因此目前有源滤波电路的工作频率难以做得很高,一般不能用于高频场合。但总的来讲有源滤波器在低频(低于1MHz)场合中使用有较无源滤波器更优的性能,因而目前在音频处理、工业测控等领域广泛应用。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置,能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比,有以下几点突出的优点: (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制,且可提高功率因数; (2)系统阻抗和频率发生波动时,不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响; (3)不会产生谐振现象,且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化; (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿; (5)不存在过载问题,即当系统中谐波较大时,装置仍可运行,无需断开。 由以上可看出,它克服了传统的无源滤波器的缺点,具有良好的调节性能,因而有很大的发展前途。

电力有源滤波器的设计

工学院毕业设计(论文) 题目:电力有源滤波器的设计 专业:电气工程及其自动化 班级:电气082 姓名:邓大伟 学号: 1609080203 指导教师:国海 日期: 2011年12月22日

目录 摘要: (1) 1 绪论 (2) 1.1概述 (2) 1.2抑制谐波的方法 (2) 1.3本文研究的内容 (3) 2 APF的工作原理和结构 (4) 2.1APF的基本原理和种类 (4) 2.2APF的谐波检测方法 (5) 2.3APF的补偿电流控制方法 (6) 3 有源电力滤波器谐波检测及控制策略 (8) 3.1瞬时无功功率理论简介及其应用 (8) 3.2SVPWM调制策略 (10) 4 控制系统的总体设计方案 (14) 4.1系统初始化程序的设计 (14) 4.2中断子程序设计 (14) 4.3I P-I Q法补偿谐波和无功电流的原理框图 (15) 5 电力有源滤波器的仿真实现 (17) 5.1源电力滤波器仿真模型的建立 (17) 5.2结果仿真 (21) 总结与展望 (25) 致谢 (26) 参考文献 (27) ABSTRACT: (28)

电力有源滤波器的设计 摘要:随着电力电子装置日益广泛的应用,电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波,这些谐波给电力系统带来了严重的污染,严重危害了用电设备和通信系统的稳定运行。虽然传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点,但同时也有一些缺点,例如只能抑制固定的几次谐波,并对某次谐波在一定条件下会与电网阻抗产生谐振反而而使谐波放大。 目前,谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器,有源电力滤波器也是一种电力电子装置,且相关技术的研究也日渐成为研究的热点。本文阐述了几种常见APF的拓扑结构及各自的优缺点,详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法,比例控制和前馈控制两种电流环控制策略以及SPWM和SVPWM两种调制策略。介绍了电力有源滤波器的基本原理和结构,并设计了并联型有源电力滤波器的控制系统,实验结果表明,其谐波抑制和无功补偿可以达到良好的效果,在技术上是可行的。 关键词:电力有源滤波器;谐波检测 ;APF

有源电力滤波器的发展历史和研究现状概述

有源电力滤波器的发展历史和研究现状概述 1969 年,Bird 和Marsh 等人提出通过向电网注入三次谐波电流来减少电流中 的谐波成分,从而改善电流波形的思想,这就是有源电力滤波技术的萌芽 [11]。 1971 年,日本的H.Sasaki 和T.Machida 提出有源电力滤波器技术,首次完整地描述了有源电力滤波器的基本原理:通过产生与负载谐波和无功电流大小相 等方向相反的补偿电流,来抵消负载谐波和无功电流,从而达到净化电网的目 的。但是由于当时电力电子技术的发展水平不高,全控型器件功率小、频率 低,采用线性放大器产生补偿电流, 损耗大、成本高,因而有源电力滤波器仅局限于实验研究,未能在工业中应 用。 1976 年,L.Gyugyi 等人提出用大功率晶体管构成PWM 逆变器控制APF 来抑制谐波,引起了普遍关注,确立了有源电力滤波器的主电路的基本拓扑结构和控 制方法,从原理上阐明了有源电力滤波器是一个理想的电流发生器,并讨论了 实现方法和相应的控制原理,奠定了有源电力滤波器的基础。 80 年代以来,随着大中功率全控型半导体器件的成熟和脉宽调制(Pulse Width Modulation PWM)控制技术的进步,对有源电力滤波器的研究逐渐活跃起来。这 一时期的一个重大突破是,1983 年H.Akagi 等人提出了“三相电路瞬时无功 功率理论”[12],以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在有源电力滤波 器中得到了成功的应用,极大地促进了有源电力滤波器的发展。 随着电力电子技术的发展,特别是高功率大电流的半导体器件及可关断晶闸管(GTO)的发展以及瞬时无功功率理论提出的发展,国内外对谐波问题的研究也不 断有新的进展,近年来,国际上有关有害电流检测和抑制技术的研究更是十分 活跃,每年都有量的论文发表。这一方面说明了这一研究的重要性,另一方面 也预示着这一领域的研究有望取得重大突破。 国外对有源电力滤波装置的开发研究工作始于20 世纪90 年代初期,到现在已进入实用化阶段。有源电力滤波技术作为改善供电质量的一项关键技术,其补 偿范围包括谐波、无功、畸变电压等,补偿对象有工业整流负载、电弧炉以及 电气化铁道等。在日本、美国以及德国等工业发达国家已得到了高度重视和日 益广泛的应用,APF 被公认为是今后改善电力系统电能质量的发展方向,现在 也已出现具有快速响应、稳定性高的有源滤波装置。目前,世界上APF 的主要生产厂家有日本三菱电机公司、美国西屋电气公司、德国西门子公司等。文献 显示,从1981 年以来,仅日本就有500 多台APF 投入运行,容量范围在 50kVA-60MVA;而在欧洲,投入运行的工业用并联APF 最大容量已经达到 610KVA[13]。

有源电力滤波器课程设计

目录 1 设计相关知识介绍 (1) 1.1 谐波基本概念 (1) 1.2 谐波主要危害 (1) 1.3抑制谐波方法 (1) 2 APF的基本工作原理 (3) 3 APF基本组成部分 (5) 3.1 主电路 (5) 3.1.1 PWM控制的基本原理 (5) 3.1.2 主电路结构 (7) 3.2 指令电流运算部分 (8) 3.2.1 瞬时无功理论定义 (8) 3.2.2 基于瞬时无功理论检测法 (9) 3.3 电流跟踪控制部分 (11) 3.3.1电流滞环控制原理 (11) 3.3.2 三相电流滞环控制原理 (12) 3.4 驱动电路 (13) 参考文献 (15)

1 设计相关知识介绍[1] 1.1 谐波基本概念 1882年,法国数学家傅里叶指出,一个任意函数都可以分解为无穷多个不同频率正弦信号的和。基于此,国际电工标准定义谐波为:谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的H次分量。把谐波次数的H定义为:以谐波频率和基波频率的之比的整数。电气和电子工程协会标准定义谐波为:谐波为一个周期波或量的正弦波分量,其频率为基波的整数倍。总结二者,目前国际普遍定义谐波为:谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。 1.2 谐波主要危害 谐波研究与治理对于现代工业生产意义重大,这是因为谐波不仅降低电能的生产、传输和利用效率,而且给供、用电设备的正常运行带来严重危险。对于电力系统,谐波会放大系统局部并联谐振或串联谐振现象,使谐波含量放大,造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱。对于电气设备,谐波可以使电气设备产生振动和噪声,还可以产生过热现象,促使绝缘老化,缩短设备使用寿命,甚至发生故障或烧毁。 谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。电力系统产生的谐波与普通电话线路传输的音频信号及人耳的音频敏感信号相比在信号频带上具有一定的重叠性,而且二者功率相差悬殊。对于通信的干扰,也是谐波的主要危害之一。 谐波污染是电力电子技术发展的重大障碍。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言,电力电子连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而,电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍,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研究。 因此,谐波治理已经成为电气工程领域迫切需要解决的问题。 1.3抑制谐波方法 随着工业、农业和人民生活水平的不断提高,除了需要电能成倍的增长,对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多,电能质量受到人们的日益重视。于是各国纷纷出台措施,制定相关标准。目前滤波是治理电网污染的有效方法,滤波就是将信号中特定的波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施。它分为无源滤波和有源滤波。(1) 无源滤波

无源滤波器设计概述

关于无源滤波器设计 随着电网中非线性负载(如电力电子装置、可调速电机)应用的增多,供电质量日趋下降,电网中的谐波含量严重超过国家标准,对电力用户的安全用电构成威胁。并且,国家对电力市场管制的开放,无疑加剧电力市场的竞争,一方面电力用户对供电电源的谐波含量的要求越来越高,另一方面电力公司对电力用户注入电网的谐波水平也提出了限制。因此,对电网的经济安全运行起到十分重要的作用的电力滤波器有大量的市场需求和市场潜力。 概述 电力系统是由电感、电阻、电容组成的网络,在一定的参数配合下可能会对某些频率产生谐振,诱发出过量的电压和电流。因此,应当尽量避免谐振。对于正常设计的电网来说,发生工频谐振的可能性很小。但是,却有可能在某些高次谐波下谐振,使谐波电流和电压剧增,危害设备的运行和安全。 当谐波源产生的谐波大于规定限值时,应装设滤波装置。在谐波源处装设滤波器,就地吸收谐波电流,可以使注入系统的谐波减少到很低的程度,这是当前最主要的抑制谐波的手段。 目前大量应用于在电力系统中的是无源交流滤波装置,由电力电容器、电抗器和电阻组成,可以抑制谐波并兼有一定的无功补偿作用。无源滤波器结构简单、运行可靠、维护方便,成本低、技术成熟。 最理想的滤波器设计是能够将注入的全部谐波都进行衰减的单个宽频带结构,但需要的电容量非常大,比较经济的做法是使用单调谐滤波器将较低次的谐波衰减掉,由高通滤波器衰减较高次数的谐波。 无源谐波滤波器包括一组对应于某几次低次谐波的单调谐滤波器组和一个用于滤除高次谐波的高通滤波器。 运行特点 使用无源滤波器的特点主要有: ①滤波效果受电网阻抗影响大,会因制造误差、设备老化、电网频率变化造成滤波效果下降; 对谐波频率经常变化的负载滤波效果差。 ②容易与电网产生谐振,产生并联或串联谐振,造成谐波放大; ③对谐波进行抑制的同时引入一定量的无功,兼有谐波补偿和无功补偿功能; ④可利用现有无功补偿设备容量; ⑤不具有处理复杂频谱谐波的能力。 ⑥容易过载而产生危险

有源电力滤波器品牌排行

有源电力滤波器(APF)品牌排行 当前,市场上生产有源电力滤波器的厂家很多,各个品牌参差不齐,且国家标准未正式出台,所以只能挑选出一些市场上一些主流的APF品牌,从质量、稳定性各方面介绍一下当前市场上主流有源电力滤波器品牌的市场情况: 合资主流品牌:霍尼韦尔、GE、诺基亚、ABB、施耐德、 传统的电气行业的几大合资品牌从稳定性、可靠性来说都依然是值得可靠信赖,但是技术参数比得上国内品牌,国内品牌因为竞争的缘故一味追求性能参数,产品稳定性大打折扣,合资品牌的价格都相对较高,一般市场标价达2000~4000元/A。传统的合资品牌西门子貌似还没有APF。 国产一线品牌:南京亚派麦克斯韦电气深圳盛弘上海思源赛博电气深圳英纳仕追日电气........数百家品牌 估计国内生产APF的厂家有上百家,以上品牌都是最近2年广告比较多的品牌,推广力度比较大而已。但是参差不齐。国产品牌的通病就是质量不稳定,国产品牌没有7年以上的应用案例,价格也不一定便宜,国产品牌的价格一般是合资的50%~100%。有源电力滤波器的核心器件比如IGBT、电容器、CPU等国内电子元件技术都不稳定,所以国内生产APF 的厂家大多依靠进口国外品牌的核心元器件,然后再在国内组装,所以成本总体也不低,主要是人工成本较低。另外国产有源电力滤波器的通病就是并联技术,IGBT并联技术还不过关。但是未来的趋势肯定是核心器件国产化后,国内APF厂家的价格也许才会真正降到很低。 另外,有源电力滤波器出来10年左右,市场上有部分打着国外欧美公司品牌(如意大利、美国)的旗号,游龙混杂,有些品牌名字看着大气,实际上是国内生产的,满足国内市场扬眉崇外的心理,所以要注意辨别。

有源电力滤波器装置主要应用于什么场合

有源电力滤波器装置主要应用于什么场合 安科瑞王志彬2019.03 小编给大家分享下有源电力滤波器装置主要应用场合领域: 随着国内外电力电子技术的发展,大量由电力电子开关构成的、具有非线性特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域,如电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等,故国内外电网中的谐波污染状况日益严重。电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热,使电力电容器组工作不正常,甚至造成热击穿损坏;对电力系统中的发电机、调相机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害,严重时会引发设备误动作,造成重大事故;谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械,检测仪表等用电设备也有严重的干扰。因此,必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波。 在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出,严重影响到各种类大型厂矿的正常生产,如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业,以及IT和大规模微电子集成电路企业,造成产品报废,生产线停产,生产设备的寿命骤减甚至损坏。 目前用户通常采用并联型无源滤波器来抑制谐波,但存在不少缺陷。现在的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿,即有源电力滤波器(APF)与前者相比apf有源滤波器能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿,而且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源电力滤波器装置必定是消除谐波的主导产品 安科瑞ANAPF有源电力滤波器 1、概述 1.1谐波的产生 电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波,但是非线性电力设备(大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等)的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流,谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解,其中频率与工频相同的分量为基波,频率是基波频率整数倍的分量为谐波。谐波是电能质量的重要指标。 1.2谐波的危害 ●谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗,降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热,甚至引起火灾。 ●谐波会影响电气设备的正常工作,使电机产生机械振动和噪声等;使变压器局部严重过热;使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以致损坏。 ●引起电网谐振,使得谐波电流放大几倍甚至数十倍,会对系统,特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁,经常使电容器和电抗器烧毁。 ●谐波会导致继电保护,特别是微机综合保护器与自动装置误动作,造成不必要的供电中断和生产损失。谐波还会使电气测量仪表计量不准确,产生计量误差,给用电管理部门或电力用户带来经济损失。 ●临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰,轻则产生噪声、降低通信质量、计算机无法正常工作,重则导致信息丢失,使工控系统崩溃。

有源电力滤波器仿真研究(有参考)

0引言 随着电力电子装置的广泛应用,各类非线性负载产生的谐波和无功功率对电网的危害也日益严重。有源电力滤波器APF(ActivePowerFilter)作为一种理想的谐波无功补偿装置,能够对频率和幅值均发生变化的谐波和无功进行补偿,弥补了传统无源电力滤波器的不足,具有比无源电力滤波器更好的补偿性能,因而得到了迅速的发展,在国外已开始应用于实际生产中。 目前,我国对APF的研究和开发尚处于实验阶段,暂时没有大容量的成熟产品投入使用,因此对APF的研究具有十分重要的意义[1]。 1APF工作原理[2-3] APF由2大部分组成:谐波和无功电流检测电路 及补偿电流发生电路(由补偿电流控制电路、驱动隔离电路和主电路3个部分构成),APF工作原理示意图如图1所示。前者的作用是检测出负载电流中的谐波和无功电流等分量;后者的作用是根据检测出来的谐波和无功电流等产生相应的补偿电流。其中, 补偿电流控制电路是补偿电流发生电路的核心环 节,负责根据补偿电流指令信号,由控制算法计算得到主电路每相桥臂各功率开关器件的触发脉冲;隔离与驱动电路负责驱动主电路IGBT开关;主电路用来产生补偿电流。与APF并联的高通滤波器HPF(HighPassFilter)能滤除APF所产生的补偿电流中开关频率附近的谐波。 APF的基本工作原理是:谐波无功电流检测电路将负载电流iL中的谐波电流iLh和无功电流iLq分离出来,然后把它们反相并产生出补偿电流ic的调制波信号ic*,亦即指令信号ic*=iLh+iLq。补偿电流控制电路根据ic*的值输出触发脉冲,通过驱动隔离电路驱动主电路的功率开关,使其创建出补偿电流ic,ic要跟踪ic*,故ic≈-ic*,因此 is=iL+ic=iL+ic*=iL-(iLh+iLq)=iLp (1)即电源电流is中只含有基波有功分量iLp,从而达到消除谐波和补偿无功功率的目的。根据此原理,对于三相APF,还能对电流的不对称度和负序电流等进行补偿。另外,作为主电路的PWM变流器,在产生补偿电流时,主要作为逆变器工作,在电网向APF直流侧储能元件充电时作为整流器工作,由于其既能工作在逆变状态又能工作在整流状态,故可称作变流器。 APF控制系统中谐波无功电流的检测和补偿电流控制2部分控制方法的选取是影响APF性能的关键。 2APF谐波和无功电流检测方法 准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流是APF进行精确补偿的关键。谐波电流检测方法主要有以下几种[2-3]:模拟带通滤波器(或陷波器)检测法、基于频域分析的快速傅里叶变换FFT(FastFourier Transformation)检测法、 基于现代控制理论的检测法、瞬时波形比较法、自适应检测法和基于瞬时无功功率理论的检测法。其中,常用的是基于瞬时无功功 有源电力滤波器仿真研究 华晓萍,王 奔,孟凌凌,兰金茹,孟庆波 (西南交通大学电气工程学院,四川成都610031) 摘要:叙述了有源电力滤波器APF(ActivePowerFilter)的基本原理,分别介绍了组成APF的谐波和无功电流检测电路、补偿电流发生电路的构成和功能,在此基础上,介绍了常用的APF的谐波和无功电流检测方法、补偿电流控制方法和直流侧电压控制方法。为了验证APF的补偿功能同时加深对其控制方法的认识和理解,用Matlab6.5/Simulink下的SimPowerSystemsBlockset对整个三相并联电压型APF系统进行了仿真研究。仿真结果表明,电压空间矢量脉宽调制SVPWM(SpaceVector PulseWidthModulation)控制的APF能对负载电流中的谐波和无功分量进行快速精确的补偿。 关键词:有源电力滤波器;谐波和无功电流检测;补偿电流控制;Matlab仿真中图分类号:TN713;TM714.3 文献标识码:A 文章编号:1006-6047(2007)01-0042-04收稿日期:2006-03-15;修回日期:2006-07-01 电力自动化设备 ElectricPowerAutomationEquipment Vol.27No.1Jan.2007 第27卷第1期2007年1月 图1APF基本工作原理 Fig.1Principleofactivepowerfilter 负载 驱动隔离电路 补偿电流控制电路 谐波无功电流检测电路 es is RL HPF APF iL ic ic*

有源电力滤波器的要求及应用

有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流,并通过内部DSP计算,提取出负载电流中的谐波成分,然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等,方向相反的谐波电流注入到电网中,达到滤波的目的。 有源电力滤波器是现代化工业的主要副产品之一,随着工业现代化程度提高,谐波的问题日益严重。这主要是现代化工业的用电方式发生了巨大的变化。传统工业的主要电力负荷是电动机和电阻加热设备,这些设备是线性负载,不会产生谐波电流。而现代化工业的主要电力负荷是电流变换器,包括变频器、中频炉、直流电机驱动器等,这些负荷都是非线性负载,工作时产生严重的谐波。 另一方面,大部分配电系统,包括变压器、开关柜、继电保护器、无功补偿柜等,都是按照线性负荷设计的。当实际负荷为非线性负荷时,对配电系统造成严重的危害,轻则导致系统过热、不稳定,重则损坏配电设备。 解决这个问题的最好方法就是在非线性设备的电源输入端安装有源电力滤波器,将非线性负荷转变为线性负荷,谐波导致的各种问题便迎刃而解。这种安装在设备的电源输入端的谐波滤波器就是设备级谐波滤波器。 有源电力滤波器的特殊要求 设备级有源电力滤波器与母线级谐波滤波器有不同的要求。设备级有源电力滤波器与所配的设备一同构成一个完整的系统,谐波滤波器的作用是保证这个系统的谐波电流发射满足特定的标准,例如,GB17625标准。因此,设备级有源电力滤波器要满足一下四个方面的要求: 1)不与系统发生不良作用:配装了谐波滤波器的设备可能在任何系统中使用,而任何情况下都不允许与系统之间发生不良的相互作用,例如与系统发生谐振,放大谐波电流。 2)不会导致超前的功率因数:设备配装了滤波器,功率因数要达到0.98以上,不允许出现过大的感性无功功率和容性无功功率; 3)滤波效果确定:滤波器与特定设备组合起来后,谐波电流发射必须是确定的,与系统的参数无关,这样才能确保设备安装了滤波器后,满足特定的要求;

有源电力滤波器设计

有源电力滤波器设计 摘要:以三相系统中的电网电流为研究对象,介绍了有源电力滤波器的系统结构和工作原理,讨论了主要元件参数的设计和计算。 键词:有源电力滤波器;滤波器设计;谐波检测 O 引言 近年来,公用电网受到了谐波电流和谐波电压的严重污染,而电力电子装置是其主要的谐波污染源。随着电力电子装置的日益广泛应用,电网中的谐波污染也日益严重,并影响到供电质量和用户使用的安全性,因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。 有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置,能对大小和频率都变化的谐波及无功功率进行补偿。和传统的无源滤波器相比,有突出的优点。 (1)对各次谐波和分数谐波均能有效地抑制,且可提高功率因数; (2)系统阻抗和频率发生波动时,不会影响补偿效果。并能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响; (3)不会产生谐振现象,且能抑制由于外电路的谐振产生的谐波电流的变化; (4)用一台装置就可以实现对各次谐波和基波无功功率的补偿; (5)不存在过载问题,即当系统中谐波较大时,装置仍可运行,无需断开等。 由以上可看出,它克服了传统的无源滤波器的缺点,具有良好的调节性能,因而有很大的发展前途。 本文对适用于电力系统的有源电力滤波器的原理和设计进行介绍。 l 有源电力滤波器系统结构 有源电力滤波器系统结构如图l所示。

有源电力滤波器的基本工作原理是:实时检测补偿对象的电压和电流,经指令电流运算单元计算出补偿电流指令信号,该信号经补偿电流发生电路放大产生补偿电流,补偿电流与负载电流中需用补偿的谐渡及无功等电流抵消,最终得到期望的电源电流。在图1中的体现是,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iL中的谐波分量iLb后,将其反极性作为补偿电流的指令信号iC*,再由补偿电流发生电路产生补偿电流ic,其中补偿电流ic与负载电流中谐波分量iLh大小相等,方向相反,因而两者相互抵消,使得电源中电流中只含基波,达到消除电源电流中谐波的目的。 图1为有源滤波器的系统框图。通过霍尔传感器检测非线性负载的电流iLa、iLb、iLc经电流信号调理后送入指令电流产生电路,指令电流产生模块是由TI公司的DSP TMS320LF2407为核心建立的。DSP计算出需要补偿的谐波和无功电流后,通过外部D/A送入电流跟踪控制电路。霍尔传感器检测有源电力滤波器主电路的电流ica、icb、icc,经电流信号调理后也送入电流跟踪控制电路,电流跟踪控制电路对主电路补偿电流与指令电流进行滞环比较后送出栅极开关驱动信号,驱动电路接受来自前级电流跟踪控制电路的PWM信号,并经隔离放大后驱动主电路的开关管,以控制主电流的电路跟随指令电流的变化,最终达到实时补偿谐波与无功功率的目的。电压传感器检测变流器直流侧总电压,经电压信号调理后送入指令电流发生电路,通过合理的控制以凋节直流侧电压的稳定。启动、关断和保护模块按一定的时序控制装置的启动和关断,并提供装置的过流、过压、过热、缺相等故障保护功能。 2 有源电力滤波器主电路设计 设计主电路时,应首先确定主电路的形式,目前,有源电力滤波器主电路的形式绝大多数采用电压型,本文选择主电路为并联电压型、单个变流器的形式。 主电路设计需要解决的问题是:主电路容量的计算;开关器件的选择及其参数的确定;对补偿电流的跟踪特性起决定作用的参数(输出电感L、直流侧电容电压Ud、滞环宽度δ)的设计;按所选器件要求的驱动电路的设计以及整个装置的各种保护电路设计。 2.1 主电路容量的计算 有源电力滤波器的容量SA由式(1)确定 式中:E为电网相电压有效值; Lc为补偿电流有效值。 如果所设计装置的容量为15 kVA,则 Ic=SA/3E=15x103/3x220=22.7 A 2.2 功率开关器件的选取 目前适用于APFP中的全控型开关器件主要有GTR、IGBT、IGCT等,器件的选择,首先应当满足工作频率和器件容量的要求,当单个器件的容量难以满足要求时,可考虑采用器件的串并联或主电路多重化等方式。其次,再考虑它们的价格。 器件的种类确定后,再确定其额定参数。其中,额定电压由直流侧电压决定,并考虑适当的安全裕量。额定电流由补偿电流决定。 2.3 主电路滞环宽度的选取 由于有源电力滤波器的指令电流包含高次谐波和暂态电流,故要求实际输出的电流对指令电流有很高的跟踪能力。在有源电力滤波器的补偿对象已确定的情况下,有源电力滤波器主电路参数的选取,对有源电力滤波器的性能和效率有较大的影响。 下面以A相为例,分析采用滞环控制时逆变器的工作频率f与电网电压ea、变流器直流侧电压Ud及

浅谈有源电力滤波器设计

综述 随着大容量电力电子装置在高压交流电力系统中日益广泛的应用,谐波和无功等问题严重地威胁着系统自身的安全稳定运行。针对10~35kV高压交流电力系统,国内外目前主要采用无源电力滤波器来抑制谐波并补偿无功功率。无源电力滤波器具有诸多的缺陷,难以达到理想的性能。受功率半导体开关器件的约束,有源电力滤波器常规技术方案的应用限制在低压交流电力系统。提出一种基于基波磁通补偿的串联型有源电力滤波器新原理,通过电力电子变换器的控制,使串联变压器对基波呈现很小的一次侧漏阻抗,对谐波呈现很大的励磁阻抗。通过电力电子变换器的控制,变压器一次侧呈现连续无极可调的电抗。借鉴基波磁通补偿理论及磁通可控的可调电抗器原理,根据串并联的对偶特性,本文提出一种新型的基于阻抗可控的并联混合型有源电力滤波器。在电力电子变换器的控制下,变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗,从而输导电力系统中的谐波电流,同时对基波电流呈现连续无极可调的电抗,与无源电力滤波器相结合,实时补偿系统的无功功率。通过变压器隔离降压,确保该滤波器安全、可靠、稳定地工作。

1 工作原理 1.1 变压器的结构 变压器的结构如图1所示。其一次侧AX与二次侧ax的匝数分别为W1、W2,变比k=W1/W2,一次侧与二次侧的互感为M。一次侧绕组的电阻为r1,自感为L11。变压器采用非晶态合金铁心,为了确保变压器工作在B-H曲线的线性区,铁心开有气隙。利用电压型逆变器向变压器二次侧绕组中注入补偿电流i2且满足i2=-α*∑i1(n)-β*i1(1) 式中:α为谐波补偿系数;∑i1(n)为实时检测的变压器一次侧谐波电流;β为基波补偿系数;i1(1)为实时检测的变压器一次侧基波电流。 1.2 谐波抑制原理 从AX端看,变压器n次谐波电压方程为ù1(n)=(r1+jW n L11)/ì1(n)+jW n Mì2(n) 若α满足谐波补偿条件α=L11/M 则从AX端看,变压器对谐波电流的等效阻抗为Z AX(n)=ù1(n)/ì1(n)=r1通常r1可忽略,因此,在满足谐波补偿条件时,变压器对谐波电流呈现近似为零的低阻抗。谐波等效电路如图2所示。

有源滤波器的概念原理与设计说明

一、基本概念: 有源电力滤波器(APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿,之所以称为有源, 顾名思义该装置需要提供电源,其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿),实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功;三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论;APF有并联型和串联型两种,前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波,串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高! 二、基本原理: 有源电力滤波器,是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号`,送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM功率模块,生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波。 三、基本应用: 谐波主要危害: ? 增加电力设施负荷,降低系统功率因数,降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率,造成设备浪费、线路浪费和电能损失; ? 引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大,导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行; ? 产生脉动转矩致使电动机振动,影响产品质量和电机寿命; ? 由于涡流和集肤效应,使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热,浪费电能并加速绝缘老化; ? 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度,降低设备使用寿命; ? 零序(3的倍数次)谐波电流会导致三相四线系统的中线过载,并在三角形接法的变压器绕组内产生环流,使绕组电流超过额定值,严重时甚至引发事故。 ? 谐波会改变保护继电器的动作特性,引起继电保护设施的误动作,造成继电保护等自动装置工作紊乱;

论关于低通无源滤波器优秀设计详细.doc

低通无源滤波器仿真与分析 一、滤波器定义 所谓滤波器( filter ),是一种用来消除干扰杂讯的,对输入或输出的信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的,就是滤波器,其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。一般可实为一个可实现的线性时不变系 统。 二、滤波器的分类 常用的滤波器按以下类型进行分类。 1)按所处理的信号: 按所处理的信号分为和两种。 2)按所通过信号的频段 按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。 带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。 3)按所采用的元器件 按所采用的分为无源和两种。 :仅由 (R、L 和 C)组成的滤波器,它是利用电容和电感元件的随频率的变 化而变化的构成的。这类滤波器的优点是:电路比较简单,不需要直流电源供 电,可靠性高;是:通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用电感元件时 容易引起电磁感应,当电感 L 较大时滤波器的和重量都比较大,在低频域不适 用。 有源滤波器:由无源元件 (一般用 R 和 C)和(如集成运算放大器)组成。这类滤波器的优点是:通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大,负载效应不明显,多级相联时相互影响很小,利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器,并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽 (由于不使用电感元件);缺点是:通带范围受有源器件 (如集成运算放大器)的带宽限制,需要直流电源供电,可 靠性不如无源滤波器高,在、高频、大功率的场合不适用。 4)按照阶数来分 通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。 三、网络的频率响应 在时域中,设输入为x(t ) ,输出为 y(t ) ,滤波器的脉冲响应函数为h(t ) 。转换到频域,激励信号为X ( j ) ,经过一个线性网络得到的响应信号为Y( j) 。

有源电力滤波器

顾名思义该装置需要提供电源,其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿),实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功;三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论;APF有并联型和串联型两种,前者用的多;并联有源滤波器主要是治理电流谐波,串联有源滤波器主要是治理电压谐波等引起的问题。有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高! 二、基本原理: 有源电力滤波器,是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号,送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM功率模块,生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波。 三、基本应用: 谐波主要危害: ? 增加电力设施负荷,降低系统功率因数,降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率,造成设备浪费、线路浪费和电能损失; ?引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大,导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行; ? 产生脉动转矩致使电动机振动,影响产品质量和电机寿命; ? 由于涡流和集肤效应,使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热,浪费电能并加速绝缘老化; ? 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度,降低设备使用寿命; ? 零序(3的倍数次)谐波电流会导致三相四线系统的中线过载,并在三角形接法的变压器绕组内产生环流,使绕组电流超过额定值,严重时甚至引发事故。 ? 谐波会改变保护继电器的动作特性,引起继电保护设施的误动作,造成继电保护等自动装置工作紊乱;

基于DSP的有源电力滤波器设计

一一收稿日期:2013-10-21基金项目:西北民族大学中央高校基本科研业务费专项资金资 助项目(31920130013) 作者简介:王彩霞(1974),女,河南荥阳人,硕士,副教授,主要研究方向为控制理论,计算机控制系统分析设计等三 基于DSP 的有源电力滤波器设计 王彩霞,周志文 (西北民族大学电气工程学院,兰州730030) 一一摘要:随着非线性负载的大量接入和电力系统自身的发展,电力系统中的谐波污染日益严重,谐波影响着电力系统的可靠二安全二经济运行,同时对电力用户也造成潜在的威胁三该文设计了以TMS320F2812型DSP 为核心的有源电力滤波器对电力系统的谐波进行了补偿三完成硬件电路的搭建和软件程序编制,对性能二参数进行了测试,测试结果表明设计的滤波器具有电路结构简单二补偿效果好等优点三 关键词:有源电力滤波器;谐波;DSP ;电压矢量控制 中图分类号:TM46一一文献标志码:A一一文章编号:1000-0682(2014)04-0023-03 The design of active power filter based on DSP WANG Caixia,ZHOU Zhiwen (College of Electric Engineering ,Northwest Minorities University ,Lanzhou 730030,China ) 一一Abstract :Along with the access of nonlinear load and the development of electric power system,the harmonic pollution in power system is deteriorating.Harmonic not only affects the reliability,safety and economic operation of power system but also poses potential risks to power users.An active power filter with TMS320F2812DSP as the core is designed for harmonic compensation for power system.After the hardware circuit configuring,software programming and circuit debugging,the system performances and parameters are tested and studied.The testing results show that the designed filter has the advantages of simple circuit structure and good compensation effect. 一一Key words :active power filter(APF);harmonic;DSP ;voltage vector control 0一引言 电力系统中谐波的产生有两个原因,一个是由接入系统的非线性负载产生的,这类负载的伏安特性不是线性的,即使加在其两端的电压是理想的正弦,通过的电流也不是正弦,含有谐波,使得电力系统的电能质量受到了严重影响三另一个是电力系统自身的发展所产生的,如高压直流输电技术的应用,对电力系统带来的污染也日益严重三随着电力系统自身的发展和用电设备的不断更新,预计谐波对终端用户侧的影响将会越来越严重三因谐波干扰所引发的公用电网供电质量日趋恶化,严重的威胁着整 个电力系统的可靠运行[1]三 传统的抑制谐波的方法是无源滤波技术,由电 阻二电力电容器和电抗器等器件构成LC 无源滤波器,与需要补偿的负载并联三无源滤波器具有结构简单二使用方便的优点,但也存在如LC 滤波器只能抑制固定次的谐波,且在一定频率谐波条件下会产生谐振,反而使谐波放大,LC 滤波器滤波特性受系统参数的影响较大等缺点三尽管如此,LC 滤波器仍然是目前补偿谐波主要方法三 近几年随着电力电子技术的发展,出现了用电力电子变流器构成有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)对电力系统的谐波进行补偿三与传统无源滤波器相比,有源滤波器具有如下明显的 优越性能: 1)能够迅速地对变化的谐波进行动态跟踪补偿,补偿效果不受电网特性的影响,不会和电网发生谐振,补偿后畸变率很低且功率因数接近1; 四 32四2014年第4期一一一一一一一一一一一一一一一工业仪表与自动化装置

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