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湖南大学
博士学位论文
并联混合型有源电力滤波器的设计与应用研究
姓名:范瑞祥
申请学位级别:博士
专业:@
指导教师:@
20061205
并联混合型有源电力滤波器的设计与应用研究
第 1 章绪论
电能是现代社会生产和人民生活中主要的和必不可少的重要能源,
随着社会的发展和科技的进步尤其是电力电子装置的广泛应用,一方面
电力系统中的谐波污染随着非线性负载的数量和容量增加而日趋严重,
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
也日益提高,愈发严重的谐波污染与越来越高的电能质量要求形成了一
对尖锐的矛盾。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(Active
Power Filter— APF)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。
本章从谐波研究的背景出发,探讨了谐波治理的意义和主要措施,
阐述了有源滤波技术的发展概况和国内外研究现状,最后介绍了本论文
选题的背景及各章节的主要内容。
谐波研究的背景
电力系统的波形畸变并不是个新现象,从交流电的出现到 21 世纪的
今天,如何将其限制在可以接受的范围内一直是电力工程师所关心的问
题。早在 18 世纪和 19 世纪,几位数学家,特别是 Fourier J. B. J.,就为
谐波的分析奠定了基础。在 20 世纪 20 年代和 30 年代的德国,研究者由
静止汞弧变流器引起的波形畸变提出了电力系统谐波的概念。当时最有
影响的是 Rissik 《The Mercury Arc Current Converter》[1],另一
篇有关静止变流器产生谐波的经典论文是 Read J. 1945 年发表的
《 The Calculation of Rectifier and Converter Performance Characteristics》
[2]。 20 世纪 50 年代和 60 年代高压直流输电技术的发展,推进了变流器
谐波问题的研究。在这一时期发表了大量的论文。Kimbark E.
作《Direct Current Transmission》[3]中对此进行了总结,该书包括了电力
系统谐波方面 60 篇以上的参考文献。70 年代以后,国际上多次召开了有
关谐波问题的学术会议,其中从 1984 年开始,每两年召开一次的电力系
统谐波国际会议(ICHPS)极大地推动了谐波领域的研究和交流,不少国
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家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标淮和
规定[4-5],同时对谐波治理问题的研究也蓬勃发展起来。
我国对谐波问题的研究起步较晚。吴竞昌等 1988 年出版的《电力系
统谐波》[7]一书是我国有关谐波问题早期较有影响的著作。随后,许克
明等也于 1991 年出版了《电力系统高次谐波》[8],张一中等 1992 年出
版了《电力谐波》[9],夏道止等 1994 年出版了《高压直流输电系统的谐
波分析及滤波》[10],林海雪等 1998 年出版了《电力网中的谐波》[11],
这些著作都对人们认识和研究谐波作出了很大的贡献。此外,唐统一等
和容健纲等分别于 1991 年和 1994 年独立翻译了 Arrilaga 《电力系
统谐波》[12][13],也在国内有较大的影响。1998 年,王兆安等出版的《谐
波抑制和无功功率补偿》[6]是国内迄今为止较为全面的介绍谐波分析和
治理方法的著作,特别是其中关于有源滤波器的分析和阐述,被国内许
多研究者广泛引用和参考。近些年来,国内期刊和有关会议上发表的谐
波相关问题的研究论文也非常多,谐波问题已经成为研究热点。因此可
以说,我国对谐波问题的研究起步于 80 年代,在整个 90 年代有了长足
的发展,与的差距正在不断减小。
谐波治理的意义
自从采用交流电作为电能输送的一种方式起,人们就已知道电力系
统中的谐波问题。但是,近年来随着非线性设备的大量使用,使得这一
问题更加突出。
通常作为谐波源,非线性设备可分为以下几类:
( 1)传统非线性设备,包括变压器、旋转电机以及电弧炉等。
( 2)现代电力电子