于旭東 劉忠菁

(鄭州市電力高等專(zhuān)科學(xué)校河南鄭州450003)

電能是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)發(fā)展和人民生活必不可少的能源，由于電力系統(tǒng)中非線性負(fù)載的大規(guī)模應(yīng)用，都使電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量諧波，諧波會(huì)造成我們用電線路的功率損耗，而且電能受到不必要的浪費(fèi)。分布式電源接入配電網(wǎng)電網(wǎng)，各種以開(kāi)關(guān)方式工作的電力電子裝置的廣泛使用產(chǎn)生了大量諧波，不僅造成電能利用率下降，還嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量，從而降低了其它用電設(shè)備的安全性和可靠性。

1 諧波治理措施

目前主要的諧波治理裝置主要有無(wú)源濾波器PFF(Passive Power Filter，PPF)、有源濾波器 APF（Active Power Filter）、混合型有源濾波器HAPF（Hybrid Active Power Filter）。其中PFF易受電力系統(tǒng)線路變化的影響。與PFF相比，APF實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)控制補(bǔ)償，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)諧波進(jìn)行補(bǔ)償。APF補(bǔ)償諧波的同時(shí)，還可以補(bǔ)償無(wú)功，提高功率因數(shù)。綜上所述APF具有可控性高和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，而且分布式電源接入配電網(wǎng)間的諧波頻率固定，為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載變化時(shí)精確補(bǔ)償控制，因此本文主要研究有源電力濾波器。

2 基于瞬時(shí)無(wú)功功率的諧波檢測(cè)算法

諧波電流檢測(cè)是有源電力濾波器的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，APF要實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確和可靠地補(bǔ)償諧波電流，首先就要能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出諧波電流。到目前為止已經(jīng)出現(xiàn)了很多方法，主要有快速傅立葉變換、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和瞬時(shí)無(wú)功理論的諧波檢測(cè)方法。采用快速傅立葉變換法的延時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，易受電網(wǎng)電壓影響，產(chǎn)生非同步的采樣誤差。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，實(shí)時(shí)性和精度比較差，實(shí)現(xiàn)起來(lái)復(fù)雜。我們采用實(shí)時(shí)性和檢測(cè)精度都很好的瞬時(shí)無(wú)功功率理論法，介紹由其研究得到的和檢測(cè)方法。

2.1 諧波電流檢測(cè)方法

可得瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率為：

然后p和q經(jīng)過(guò)LPF后就可以得到它們的直流分量p軈和q軈。

把負(fù)載諧波源的三相電流ia、ib和ic減去經(jīng)過(guò)p-q算法得到的三相基波電流 iaf、ibf和 icf就可以得到諧波電流 iah、ibh和 ich，最后再由APF產(chǎn)生等幅反向的電流，就可以補(bǔ)償諧波電流。

2.2 諧波電流檢測(cè)方法

由上面可得，三相電路瞬時(shí)有功電流和無(wú)功電流為：

由式(1-3)計(jì)算可得和，它們是由直流分量和諧波分量組成，ip和iqLPF濾去所含有的交流分量后，可得，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算就可得到 iαf和 iβf，運(yùn)算式如式(1-4)：

iαf和 iβf再通過(guò) C23變換得到 iaf、ibf和 icf，負(fù)載三相電流 ia、ib和 ic減去 iaf、ibf和 icf就得到所求的三相諧波電流 iah、ibh和 ich。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由于分布式電源接入配電網(wǎng)中各種以開(kāi)關(guān)方式工作的電力電子裝置不斷增加使用，所以可以將它作為我們的諧波源，在未投入APF之前，分布式電源接入配電網(wǎng)，得到電網(wǎng)側(cè)的波形以及頻譜分析如下圖所示：

圖1 未投入APF時(shí)分布式電源接入配電網(wǎng)電流波形

圖2 未投入APF時(shí)分布式電源接入配電網(wǎng)電流波形頻譜

從圖1可以看出，由于分布式電源接入配電網(wǎng)，由于諧波源的存在，電網(wǎng)電流發(fā)生嚴(yán)重的畸變，電流頻譜如圖2所示，畸變率為29.64%。

投入APF后電網(wǎng)中的電流波形如圖3所示，此時(shí)電網(wǎng)側(cè)電流的頻譜分析如圖4所示：

圖3 投入APF時(shí)分布式電源接入配電網(wǎng)電流波形

通過(guò)圖3可以看出，APF的加入使得電網(wǎng)中的電流波形得到很大的改善，采用上面的方式對(duì)電網(wǎng)電流進(jìn)行頻譜分析，電網(wǎng)電流的畸變率變?yōu)?.73%，說(shuō)明在分布式電源接入配電網(wǎng)中投入APF，電網(wǎng)電流的畸變得到很好的改善。

4 結(jié)論

針對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)，各種以開(kāi)關(guān)方式的電力電子裝置的廣泛使用，產(chǎn)生了較大諧波，使電網(wǎng)波形發(fā)生嚴(yán)重的畸變，不僅造成電能利用率下降，還嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量，從而降低了其它用電設(shè)備的安全性和可靠性，為此本文引入APF來(lái)消除諧波，從仿真結(jié)果中可以看出，在分布式電源接入配電網(wǎng)中投入APF，能夠很好的改善由此而產(chǎn)生的諧波問(wèn)題。

[1]王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]姜齊容,趙東元,陳建業(yè).有源電力濾波器[M].北京:科技出版社,2005.