谐波抑制技术_钱照明
7页1、谐波抑制技术钱照明 叶忠明 董伯藩 (浙江大学电力电子应用技术国家工程研究中心 310027 杭州)摘 要 按不同的应用场合阐述了抑制谐波常用的几种方法。重点讨论了被动型和主动型两种谐 波抑制方案。 被动型方案重点讨论了采用滤波器的方法, 包括无源滤波器、 并联有源滤波器、 串联有 源滤波器和各种混合型滤波器; 主动型方案就现代多脉整流、 多电平变流技术、 PWM 技术、 三相 PFC 技术等作了简要介绍, 并讨论了两种方案的优缺点。关键词 谐波抑制 有源滤波器 无源滤波器1997- 02- 03 收稿。 国家教委博士点基金资助项目。0 引言电力系统中的波形畸变主要来源于两大因素: 第一是 R, L, C 元件的非性线; 第二是大量使用的电 力电子装置。谐波对电力系统本身的影响主要表现 在: 消耗电力系统中的无功储备; 增加输电线损耗; 影响继电保护、 自动控制等装置的可靠运行。 对接入 电力系统中的设备的影响主要表现在: 测量仪表的 测量误差增加; 电机产生额外的热损耗; 用电设备的 运行安全性下降。对电力系统外的影响主要表现在 对通信设备的电磁干扰 1, 2。消除谐波, 主要应从产
2、生谐波的主要装置即电 力电子装置出发, 去研究解决的方法。 消除谐波主要 有两种途径: 主动型, 即从装置本身出发, 设计不产 生谐波的变流器; 被动型, 即外加滤波器, 比如在电 力系统中加 LC 滤波器, 或在装置的电网侧加有源 滤波装置等。 图 1 是一个联于电力系统中较典型的电力电子 装置示意图。 变压器从公共联接点传递能量给装置, 装置通过 AC/ DC 变流器将交流电转换为直流, 再 向后续负载供能。 按照谐波抑制点的不同, 谐波抑制 技术可以分为: ( a) 电网或公共联接点的谐波抑制; ( b) 变流器交流侧的谐波抑制; ( c) 变流器的谐波抑 制; ( d) 变流器直流侧对变流器入端电流的谐波抑 制; ( e) 直流电路中电压纹波及谐波电流的滤波。下 面简述电力电子装置的谐波抑制方法。1 电网及公共联接点的谐波抑制电网及公共联接点的谐波抑制目前主要通过无 源滤波器或静止无功补偿器来实现, 其原理与变流图1一个联于电网中的电力电子装置示意图 Fig. 1A power electronic device connected in the power linea电网 公
3、共联接点b交流侧变流器 cde直流侧功率接口负载器交流侧谐波抑制方法相同, 只是功率等级较高。2 变流器交流侧的被动型谐波抑制方案交流侧的谐波抑制属于被动型抑制方案。由于 此处的滤波器直接与电网相连, 因此设计时应考虑 到: 邻近的谐波源对滤波器的影响; 系统参数对滤波 器的影响; 后续变流器负载对滤波器的影响。 按照其采用的电路结构可以分为: 无源滤波器 方案、 有源滤波器方案和混合滤波器方案三大类。 2. 1 无源滤波器( PF) LC 滤波器是传统的补偿无功和抑制谐波的主 要手段。 图 2 是一种常用的整流电路。 该电路中, C 的作用是减小直流侧的纹波, 为了维持较稳定的直 流电压, 通常电容C 应选得较大; 为了减小整流过程 中的脉冲电流, 在主电路中串联一个电感 L, L 的选 择对入端的谐波和功率因数影响很大, L 增加将引 起较大的电感电压降, 使直流侧电压随负载的变化 产生较大的波动。 图 3 是一个用并联无源滤波器滤除谐波的典型 电路。 一个 串联的LC 并联在整流桥入端, 其谐振频率? = 1/LC, 应和电路的主要高次谐波频率相 等。 为了防止电网电压中的谐波电
4、压在滤波器中产 生较大的谐波电流, 在入端串联一个电感L1。 图 4 是一个 LCR 网络串联在入端滤除谐波的481997 年 10 月 电 力 系 统 自 动 化 Automation of Electric Power Systems 第 21 卷 第 10 期C图2一种典型的整流电路 Fig. 2A typical rectifier circuitLL1图3在交流侧加并联滤波器进行谐波抑制 Fig. 3Harmonic suppression using shunted passive filterCLR图4串联一个并联谐振网络 Fig. 4Harmonic suppression using series passive filterCL电路。 LRC 并联网络的谐振频率和电网主要高次谐 波频率相等, 阻止变流器的主要谐波电流流入电网。 无源滤波方案是目前采用得最为广泛的谐波抑 制手段, 它成本低、 技术成熟, 但存在以下缺陷 36: ( 1) 谐振频率依赖于元件参数, 因此只能对主 要谐波进行滤波, LC 参数的漂移将导致滤波特性 改变, 使滤波性能不稳定; ( 2) 滤波
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