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低压系统混合有源电力滤波器分析-电气工程专业论文
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1 绪 论
1.1 研究目的及意义
随着科学技术的进步,越来越多的非线性用电设备得到了飞速的发展和广泛的应 用[1-2];随着国家经济的发展,越来越多工厂、矿区开始使用这些非线性的电力设备。 这些非线性的用电设备在创造经济价值和解放劳动力的同时,也给电网带来了诸多问 题。其中,诸多问题中的一个比较严重的问题就是在应用这些非线性负载的过程中, 会产生许多谐波,使电网的谐波含量超标。同时,电力系统中一些用电设备对电能质 量的要求是非常高的[3-4],由于这些谐波的存在可能会导致这些敏感性的用电设备无法 正常工作。IEEE Std 519-1992《电力系统中谐波控制的惯例和要求》给出了谐波的影 响[5]:
(1)谐波电压和电流将使变压器和电机的铁耗和铜耗增加,产生热量使变压器 和电机发热,也会使变压器产生噪声,污染环境;
(2)由于集肤效应,谐波电流将使电力电缆导线产生额外的热量,使电缆的绝 缘老化、寿命缩短;
(3)谐波也将会引起无功补偿电容器和线路电感发生谐振,使谐波电压和谐波 电流放大,甚至可能发生重大事故;
(4)谐波也会引起电子设备的误动作,给生产生活带来隐患;
(5)计量仪器和仪表也会受到谐波的影响,使得测量值存在误差;
(6)谐波会对附近的通信网络产生干扰,甚至会使通讯系统崩溃。
同时,IEEE Std 519-1996 也给出了中低压(120V-69kV)区域配电系统的谐波电 流限定值,如表 1.1 所示。其中,每个电压等级的电力系统在不同的短路比 ISC/IL 的情 况下,奇次数谐波电流的含有率和谐波电流畸变率都是不同的。其中 ISC 为公共耦合 点 PCC(Point of Common Coupling)点最大短路电流,IL 为 PCC 点所需求的最大基 频负载电流。这个标准除了对奇数次谐波电流含有率和总谐波畸变率 THD 值有限定 值之外,偶次谐波电流则要求在奇数次谐波电流限值的 25%以下。
从表 1.1 中还可以看出,不但对总的谐波畸变率 THD 有限制,而且对每个频率段
的谐波谐波含量也有一定的要求。电网容量越小,对用户的用电设备产生谐波电流的 限定值就越严格。所以,应该按照 PCC 点电力系统短路容量与用户电力电子设备容 量之比,正确选择电力电子设备的主电路结构及其控制方式,是应该值得关注的。
表 1.1 69kV 以下低压配电系统的谐波电流和 THD 限值
ISC/IL
奇数次谐波电流含有率(%)
THD(%)
h<11
11≤h<17
17≤h<23
23≤h<35
h≥35
<20
4.0
2.0
1.5
0.6
0.3
5.0
20~50
7.0
3.5
2.5
1.0
0.5
8.0
50~100
10.0
4.5
4.0
1.5
0.7
12.0
100~1000
12.0
5.5
5.0
2.0
1.0
15.0
>1000
15.0
7.0
6.0
2.5
1.4
20.0
因此,减小电力系统谐波,使其每次谐波含量和谐波畸变率达到相关的标准要求
是急需解决的,目前消除电力系统中电力电子设备产生的谐波主要有主动型和被动型 两种方法[6-8]。
主动型消除电力系统中谐波的方法是从能够产生谐波的非线性负载设备和装置 本身出发,从控制方式和电路拓扑结构设计两方面出发,综合各方面因素,在经济条 件允许的情况下设计出性价比比较高的最优的电力变换器,使其产生的谐波较少。对 于单相系统在比较小功率情况下,可以采用功率因数校正电路 PFC(Power Factor Correction)技术来改善电力系统的谐波含量;对于单相系统在中、大功率场合,可以 采用 PWM(Pulse Width Modulation)技术,减少电力电子装置产生的谐波。在三相 系统中,可以采用
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