混合型有源滤波器的研究及其在韶冶供电系统中的应用
摘要
本文结合韶关冶炼厂2002年技改项目——韶冶工业电谐波治理工程，针对韶关冶炼厂供电系统的现状，利用原有的谐波监测、分析装置的分析结果，对我厂电网谐波进行综合治理。
论文首先介绍了谐波的基本概念、谐波的产生及其危害，阐述了谐波问题研究的必要性，并扼要介绍谐波抑制的方法；然后介绍了谐波分析法的基本原理，并对各种方法进行了比较；此外还介绍了谐波滤波的几种方法及其工作原理，并着重介绍了具有良好性能和应用前景的混合型有源滤波器的工作原理。
在此基础上，论文介绍了韶冶工业电谐波治理工程系统的硬件、软件设计，以及研制过程中的关键技术。利用该系统，对韶关冶炼厂电网的谐波进行了治理，通过实际投运结果表明：该系统滤波效果明显，具有良好的经济效益。
The paper is concerned with the important project of Shaoguan smelting factory in 2002 - the power net harmonics elimination in Shaoguan smelting factory .According to the results obtained by the harmonics measurement device and the actuality analysis of the power net in our factory, we have taken appropriate measures to eliminate the harmonics.
Firstly, this paper introduces the concept of harmonics and its harm to power grid. And it also demonstrates the necessity of eliminate harmonics, and briefly introduces several methods to eliminate harmonics.
Secondly, it recommends the fundamental theories of harmonic analysis and the difference between those methods. And then introduces several methods of eliminating harmonics, and emphatically introduces the working principle of HAPF(Hybrid Active Power Filter) which have excellent performance and good application foreground.
Finally this paper illustrates the key techniques used in the development of the system and the application results of the project, combining with the development of HAPF. The application results used in the power net shows that the system is very effective in eliminating harmonics and has achieved good economical results.
论文首先介绍了谐波的基本概念、谐波的产生及其危害，阐述了谐波问题研究的必要性，并扼要介绍谐波抑制的方法；然后介绍了谐波分析法的基本原理，并对各种方法进行了比较；此外还介绍了谐波滤波的几种方法及其工作原理，并着重介绍了具有良好性能和应用前景的混合型有源滤波器的工作原理。
在此基础上，论文介绍了韶冶工业电谐波治理工程系统的硬件、软件设计，以及研制过程中的关键技术。利用该系统，对韶关冶炼厂电网的谐波进行了治理，通过实际投运结果表明：该系统滤波效果明显，具有良好的经济效益。
The paper is concerned with the important project of Shaoguan smelting factory in 2002 - the power net harmonics elimination in Shaoguan smelting factory .According to the results obtained by the harmonics measurement device and the actuality analysis of the power net in our factory, we have taken appropriate measures to eliminate the harmonics.
Firstly, this paper introduces the concept of harmonics and its harm to power grid. And it also demonstrates the necessity of eliminate harmonics, and briefly introduces several methods to eliminate harmonics.
Secondly, it recommends the fundamental theories of harmonic analysis and the difference between those methods. And then introduces several methods of eliminating harmonics, and emphatically introduces the working principle of HAPF(Hybrid Active Power Filter) which have excellent performance and good application foreground.
Finally this paper illustrates the key techniques used in the development of the system and the application results of the project, combining with the development of HAPF. The application results used in the power net shows that the system is very effective in eliminating harmonics and has achieved good economical results.
引文
1 吴竟昌，孙树勤，宋文南等．电力系统谐波．北京：水利电力出版社，1988
2 夏道止，沈赞陨．高压直流供电系统的谐波分析及滤波．北京：水利电力出版社，1994
3 西北电力实验研究所．谐波对电气设备的危害和防止措施(专辑)．1987
4 A. Nakajinma et al. Development of Active Filter with Series Resonant Circuit . IEEE/PESC. 1998,1168
5 王兆安，李民，卓放．瞬时无功功率理论和功率有源滤波器．90年代电工科技进步与发展学术年会论文集，北京，1991
6 D．阿基累斯 著 史习智 黄潮译，信号处理中的傅立叶变换．北京：科学出版．1991
7 阿里拉加 J，布莱德勒 DA，伯德格尔 PS．电力系统谐波．唐统一等译．徐州：中国矿业大学出版社，1991
8 阿里拉加 J，布莱德勒 DA，伯德格尔 PS．电力系统谐波．容建纲等译．武汉：华中理工大学出版社，1994年第一版
9 蒋平，邓俊雄，曹莹．一种先进的电网谐波检测方法．电工技术学报，2000，15(6)：70—74
10 杨君，王兆安，邱关源．不对称三相电路谐波及基波负序电流实时检测方法研究．西安交通大学学报，1996(3)
11 Tanaka T, Akagi H. A New Method of Harmonic Power Detection Based on the Instaneous Active Power in Three-phase Circuits. IEEE Trans. On Power Deli.,1995,6(3):1737～1742
12 王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿．北京：机械工业出版社，1998
13 杨万开，肖湘宁，杨以涵，等．基于瞬时无功功率理论高次谐波及基本无功电流的精确检测．电工电能新技术，1998，17(2)：61—64
14 杨君．谐波和无功电流检测方法及并联型电力有源滤波器的研究．西安交通大学博士学位论文．1996
15 Gyugyi L, Strycula E C. Active power filters. In: Proc of IEEE/IAS Annual Meeting, 1976:529～535
16 Akagi H, Kanazawa Y, Nabae A. Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components IEEE Trans Ind Appl, 1984, 20(3): 625～630
17 颜晓庆，王兆安．并联混合型电力有源滤波器的数学模型与稳定性分析．电力电子技术，1998(4)
18 Fang Zheng Peng, Hirofmi Akagi, Akira Nabae. A new approach to harmonic
compensation in power Systems - a combined system of shunt passive and series active filters. IEEE Trans. Ind. Appl, 1990,26 (6)
19 Akagi H, et al. A control strategy of active power filters using multiple voltage-source PWM converters. IEEE-IA 1986,22(3):460～465
20 Peng F Z, et al. New approach to harmonic compensation in power system. IEEE-IAS, Conference Record, 1988,874～880
21 Fujita H, et al. Practical approach to harmonic compensation in power systems. IEEE-IAS Annual Meeting, Conference Record, 1995,1107～1112
22 马大铭，朱东起，谢磊．综合电力滤波系统中无源滤波器的设计．电工电能新技术，1997(3)：1～4
23 H Sasaki, T Machida. A New Method to Eliminate AC Harmonic Current by Magnetic Compensation-Consideration on Basic Design. IEEE Trans. on PAS Electron, 1971,90(5):2009～2016
24 H Akagi. Trands in Active Power Line Conditioners. IEEE Trans .on Power Electron, 1994 ,9(3):263～268
25 电工手册．机械工业出版社
26 W M Grady, M J Samotyj, A H Noyoia. Survey of Active Power Line Conditioning Methodologies. IEEE Trans on Power Delivery, 1990,5(3):1536～1542
27 H Akagi, Y Kanazawa, A Nabae. Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices without Energy Storage Components. IEEE Trans. on Ind. Appl.,1984,20(3):625～630
28 M Takeda, K Ikeda, A. Teramoto etc. Harmonic Current and Reactive Power Compensation with an Active Filter. Proc. IEEE-PESC, 1988, 1174～1179
29 电气传动设计手册
30 邱关源．电路．高等教育出版社，第三版
31 马大铭，朱东起，高景德．三相电压不对称时谐波和无功功率的准确检测．清华大学学报，1997
32 唐欣，王莉娜，涂春鸣，罗安．基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法及实现技术．中南工业大学学报．2000
33 黄俊，王兆安．电力电子变流技术．第三版．北京：机械工业出版社，1992
34 胡铭．有源滤波技术及应用．电力系统自动化，1999(3)
35 肖健华，吴今培．电力系统谐波动态抑制技术的发展与展望．五邑大学学报，2000，14(1)：16—20
36 林干，何志华，李正国，罗安．智能型电网谐波监视、分析、保护一体化装置．电力系统自动化．2000(1)
37 Akagi H. New trends in active filters. In : Proceedings of EPE' 95, Sevilla, 1995.17～26
38 Akagi H. Trends in active power line conditioners. IEEE Trans Power Electron, 1994, 9 (3) : 263～268
39 中国国家标准—93：电能质量公用电网谐波．北京：中国标准出版社，1994
40 姚为正，王群，刘进军，王兆安．采用复合控制方式的串联型电力有源滤波器．电工电能新技术．1999，(3)：18～22
41 马大铭，朱东起，姜新建．新型综合电力滤波系统的研究．清华大学学报，1997，37(S1)：48～52
42 Carson J R. Wave propageation in overhead wires with ground return. Bell Systems Tech J. 19265:539～554
43 张桂斌，徐政，王广柱．基于空间矢量的基本正序、负序分量及谐波分量的实时检测方法．中国电机工程学报，2001，21(10)：1—5
44 张波，黄朝凯，王吴，等．基波电流和任意次数谐波电流检测新方法．华南理工大学学报，2000，28(1)：70—75
45 蔡亮，陈国雄，潘祖善．采用简化的普罗尼谱估计法的谐波电流检测方法．电工技术学报，1999，14(1)：73-76
46 润鹤，吴震春．电力谐波滤波器设计与调试．电工技术杂志，2001(1)：44—45
47 朱革兰，任震．无源电力滤波器的最小容量优化设计．华南理工大学学报(自然科学版)，2002，30(3)：46—49
48 Chou C J, Liu C W, Lee J Y. Optimal Planning of Large Passive-Harmonic-Filters Set at High Voltage Level. IEEE Trans. on PS, 2000, 15(1): 433-441
49 王勇．电气化铁路滤波器的优化设计．电气化铁道，1999(3)：11—13
50 谢运祥，唐中琦．电力有源滤波器及其应用技术的发展．电工技术杂志，2000(4)：1—3
2 夏道止，沈赞陨．高压直流供电系统的谐波分析及滤波．北京：水利电力出版社，1994
3 西北电力实验研究所．谐波对电气设备的危害和防止措施(专辑)．1987
4 A. Nakajinma et al. Development of Active Filter with Series Resonant Circuit . IEEE/PESC. 1998,1168
5 王兆安，李民，卓放．瞬时无功功率理论和功率有源滤波器．90年代电工科技进步与发展学术年会论文集，北京，1991
6 D．阿基累斯 著 史习智 黄潮译，信号处理中的傅立叶变换．北京：科学出版．1991
7 阿里拉加 J，布莱德勒 DA，伯德格尔 PS．电力系统谐波．唐统一等译．徐州：中国矿业大学出版社，1991
8 阿里拉加 J，布莱德勒 DA，伯德格尔 PS．电力系统谐波．容建纲等译．武汉：华中理工大学出版社，1994年第一版
9 蒋平，邓俊雄，曹莹．一种先进的电网谐波检测方法．电工技术学报，2000，15(6)：70—74
10 杨君，王兆安，邱关源．不对称三相电路谐波及基波负序电流实时检测方法研究．西安交通大学学报，1996(3)
11 Tanaka T, Akagi H. A New Method of Harmonic Power Detection Based on the Instaneous Active Power in Three-phase Circuits. IEEE Trans. On Power Deli.,1995,6(3):1737～1742
12 王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿．北京：机械工业出版社，1998
13 杨万开，肖湘宁，杨以涵，等．基于瞬时无功功率理论高次谐波及基本无功电流的精确检测．电工电能新技术，1998，17(2)：61—64
14 杨君．谐波和无功电流检测方法及并联型电力有源滤波器的研究．西安交通大学博士学位论文．1996
15 Gyugyi L, Strycula E C. Active power filters. In: Proc of IEEE/IAS Annual Meeting, 1976:529～535
16 Akagi H, Kanazawa Y, Nabae A. Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components IEEE Trans Ind Appl, 1984, 20(3): 625～630
17 颜晓庆，王兆安．并联混合型电力有源滤波器的数学模型与稳定性分析．电力电子技术，1998(4)
18 Fang Zheng Peng, Hirofmi Akagi, Akira Nabae. A new approach to harmonic
compensation in power Systems - a combined system of shunt passive and series active filters. IEEE Trans. Ind. Appl, 1990,26 (6)
19 Akagi H, et al. A control strategy of active power filters using multiple voltage-source PWM converters. IEEE-IA 1986,22(3):460～465
20 Peng F Z, et al. New approach to harmonic compensation in power system. IEEE-IAS, Conference Record, 1988,874～880
21 Fujita H, et al. Practical approach to harmonic compensation in power systems. IEEE-IAS Annual Meeting, Conference Record, 1995,1107～1112
22 马大铭，朱东起，谢磊．综合电力滤波系统中无源滤波器的设计．电工电能新技术，1997(3)：1～4
23 H Sasaki, T Machida. A New Method to Eliminate AC Harmonic Current by Magnetic Compensation-Consideration on Basic Design. IEEE Trans. on PAS Electron, 1971,90(5):2009～2016
24 H Akagi. Trands in Active Power Line Conditioners. IEEE Trans .on Power Electron, 1994 ,9(3):263～268
25 电工手册．机械工业出版社
26 W M Grady, M J Samotyj, A H Noyoia. Survey of Active Power Line Conditioning Methodologies. IEEE Trans on Power Delivery, 1990,5(3):1536～1542
27 H Akagi, Y Kanazawa, A Nabae. Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices without Energy Storage Components. IEEE Trans. on Ind. Appl.,1984,20(3):625～630
28 M Takeda, K Ikeda, A. Teramoto etc. Harmonic Current and Reactive Power Compensation with an Active Filter. Proc. IEEE-PESC, 1988, 1174～1179
29 电气传动设计手册
30 邱关源．电路．高等教育出版社，第三版
31 马大铭，朱东起，高景德．三相电压不对称时谐波和无功功率的准确检测．清华大学学报，1997
32 唐欣，王莉娜，涂春鸣，罗安．基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法及实现技术．中南工业大学学报．2000
33 黄俊，王兆安．电力电子变流技术．第三版．北京：机械工业出版社，1992
34 胡铭．有源滤波技术及应用．电力系统自动化，1999(3)
35 肖健华，吴今培．电力系统谐波动态抑制技术的发展与展望．五邑大学学报，2000，14(1)：16—20
36 林干，何志华，李正国，罗安．智能型电网谐波监视、分析、保护一体化装置．电力系统自动化．2000(1)
37 Akagi H. New trends in active filters. In : Proceedings of EPE' 95, Sevilla, 1995.17～26
38 Akagi H. Trends in active power line conditioners. IEEE Trans Power Electron, 1994, 9 (3) : 263～268
39 中国国家标准—93：电能质量公用电网谐波．北京：中国标准出版社，1994
40 姚为正，王群，刘进军，王兆安．采用复合控制方式的串联型电力有源滤波器．电工电能新技术．1999，(3)：18～22
41 马大铭，朱东起，姜新建．新型综合电力滤波系统的研究．清华大学学报，1997，37(S1)：48～52
42 Carson J R. Wave propageation in overhead wires with ground return. Bell Systems Tech J. 19265:539～554
43 张桂斌，徐政，王广柱．基于空间矢量的基本正序、负序分量及谐波分量的实时检测方法．中国电机工程学报，2001，21(10)：1—5
44 张波，黄朝凯，王吴，等．基波电流和任意次数谐波电流检测新方法．华南理工大学学报，2000，28(1)：70—75
45 蔡亮，陈国雄，潘祖善．采用简化的普罗尼谱估计法的谐波电流检测方法．电工技术学报，1999，14(1)：73-76
46 润鹤，吴震春．电力谐波滤波器设计与调试．电工技术杂志，2001(1)：44—45
47 朱革兰，任震．无源电力滤波器的最小容量优化设计．华南理工大学学报(自然科学版)，2002，30(3)：46—49
48 Chou C J, Liu C W, Lee J Y. Optimal Planning of Large Passive-Harmonic-Filters Set at High Voltage Level. IEEE Trans. on PS, 2000, 15(1): 433-441
49 王勇．电气化铁路滤波器的优化设计．电气化铁道，1999(3)：11—13
50 谢运祥，唐中琦．电力有源滤波器及其应用技术的发展．电工技术杂志，2000(4)：1—3