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并联有源电力滤波器之谐波电流检测设计 摘要： 电力电子装置和非线性负载的普遍使用，使谐波和无功电流大量注入电网，严重威胁电网和电气设备的安全运行与正常使用，对谐波无功进行滤波和补偿已成为电力电子技术、电力系统、电气自动化、理论电工等领域的重要课题。 本文总结性地概述了谐波的影响和有源电力滤波器的发展及应用，并对谐波电流和无功电流的实时检测进行了深入地阐述。 关键词：电力系统谐波、有源电力滤波器、瞬时无功功率理论 1、引言 目前，随着电力电子技术的发展，在电力系统中增加了大量的非线性负载，比如各种晶阐管可控整流器、变频器、电弧炉、UPS 不间断电源等，给电力系统带来了严重的谐波污染和功率因数的明显降低，导致无功需求增加和电网电压波动，多种电力运行指标恶化。谐波对负载及供电系统的严重污染问题已经引起了有关专家的特别关注。高次谐波电流使电机、变压器产生附加损耗，给通讯线路和工业自动化检测与控制系统带来噪声干扰，对变电所内的过流、欠压、距离和周波等保护继电器均会引起拒动或误动，使保护装置失灵或动作不稳定。 传统的无功补偿及无源LC滤波器虽然在吸收高次谐波方面有明显的效果，但存在以下问题：1）电源阻抗严重影响滤波特性；2）随着电源侧谐波增加，滤波器有可能过载；3）同一系统内在设置很多LC滤波回路情况下，难以取得高次谐波流入平衡；4）无源LC滤波回路会因系统阻抗参数变化而发生与系统并联谐振问题，造成电源侧在某一频率上谐波电流倍增。有源电力滤波器作为一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和幅值都发生变化的谐波和无功电流进行补偿，克服了无源电力滤波器等传统谐波抑制和无功补偿方法的缺陷。有源电力滤波器补偿电流的检测和控制是决定其工作特性的关键性环节，直接影响到它的补偿精度和补偿速度。因此，研究谐波和无功电流的实时检测和跟踪控制具有非常很需要的意义。 2、谐波的影响 从二十世纪六七十年代以来，由于大功率电力电子装置的广泛应用、大量家用电器的使用以及其它各种非线性负载的增加，导致电力系统小型畸变日益严重，加上为了充分利用电工材料，对电工设备日益倾向于采用在其磁化曲线临界情况甚至饱和区段下工作，导致这些设备的励磁电流波形严重偏离正弦波而发生畸变，这些畸变成分是电力系统中谐波产生的根源。谐波对电力系统电磁环境的污染日趋严重，并且危及系统本身和广大电力用户，由谐波引起的各种故障和事故不断发生，对国民经济和生产、生活造成了不必要的损失，因此谐波污染的严重性受到专家和学者越来越多的关注，其危害主要表现在以下几个方面： （1）、产生附加损耗，增加设备的温升。与基波电流相比，尽管谐波电流所占比例不太大，但设备的有效电阻会因集肤效应而增大，在有铁芯的电器设备中，铁芯的磁滞损耗和涡流损耗也将增大。这些附加损耗除增加电力系统的损耗外，还使设备温升增加，尤其是局部发热点的温升可能增加更多，使设备绝缘老化加速。 （2）、恶化绝缘条件，缩短设备寿命。除附加发热影响绝缘寿命外，还因为在较高频率的电场作用下，绝缘的局部放电加剧，介质损耗显著增加，致使温升提高。 （3）、引起电机的机械振动。由谐波电流和电机旋转磁场相互作用产生的脉动转矩使电机发生机械振动，当电机机械系统的自然频率在受到上述转矩激发而引起共振时，会损坏电机设备，甚至危及人身安全。 （4）、无功补偿电容器组会引起谐波电流的放大，甚至造成谐振。无功补偿电容器与电力系统中的电感构成了局部电感、电容回路，它们的一些组合有时会对某次的谐波电流起到放大的作用，加剧了谐波的危害。当其局部回路的谐振频率与系统中存在的某次谐波频率相同或相近时，就会造成危险的过电流和过电压。 （5）、对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作。这些保护和控制设备通常都是按照工作于所加电压或电流为工频正弦而设计的，谐波的存在使它们的正常工作条件受到干扰，工作特性改变，严重时会造成误动作或拒动作。对计算机的干扰严重时使其无法正常工作。 （6）、影响测量仪器的精度，造成电能计量误差。电力测量仪表一般是按照工频正弦波形而设计的，当存在谐波时将产生误差。 （7）、干扰相邻通信线路和铁道信号线路的正常工作。谐波的干扰会引起通信系统的噪声降低通话的清晰度。干扰严重时会引起信号的丢失，在谐波和基波共同作用下引起电话响铃，甚至发生危及设备和人身安全的事故。 3、谐波的抑制方法 当前，解决谐波污染的途径主要有两条：一是装设补偿装置，二是对电力电子装置本身进行改造。前者用来补偿谐波时适用于各种谐波源，其装设原则是：在谐波源处就近安装。这是因为待谐波电流进入高压电网后再采取措施，无论在技术上还是在经济上都是不合理的。后者仅适用于对电力电子装置的谐波抑制。我们主要讨论装设谐波补偿装置来解决谐波污染的方法。 传统的方法是采用无