电力有源滤波及无功补偿装置的研究

【摘 要】在如今的电力系统发展中，更多的都是依赖于高电压的电力系统，但是高电压的电力系统中，有源滤波的存在以及，无功的存在都是高电压电力系统中存在的巨大损害。所以本文主要就是针对10kv电力系统中的谐波的危害，还有无功的危害入题，对10kv电力有源滤波及无功补偿装置原理，装置基于的硬件的DSP的硬件设计，以及装置的软件设计，还有高压电力系统中逆变器的改进做了一个理论性的探讨。

【关键词】电力系统；10kv；谐波；无功

前言

由于高电压电力系统的使用，能够大大的降低电力在传输过程中的损耗，所以我们如今的电力系统中10kv以上的高电压电力系统已经广泛的使用了。但是电力系统中存在的有源滤波，还有存在无功现象，都会造成电力损耗的增多，还有都会造成一定的设备损坏，所以必须要对有源滤波进行控制，还有对无功进行补偿，那么就需要一个装置的来完成这些问题的处理，所以进行这样的一个理论性的探讨也是非常有必要的。

1 谐波和无功的危害

1.1 谐波的危害

（1）谐波电流产生的附加热效应，由于集肤效应及邻近效应使交流电阻随频率增加而增加，引起10kv电力设备线路的损耗严重损耗。

（2）谐波电压增加了介质应力，加速绝缘老化，缩短10kv电力设备的寿命。

（3）谐波对10kv电力设备电缆造成影响；电缆的分布电容而造成谐波放大，寿命减短。

（4）谐波影响换流设备；交流电网电压的畸变可能引起触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而放大系统的谐波电压，使10kv电力设备整流器工作不稳定，逆变器出现换相失败。换相槽电压引发高频衰减振荡而形成电压尖刺，还可能损坏10kv电力设备换流装置的元件。

（5）干扰信号处理单元，破坏电子设备正常工作，和保护设备的性能；谐波电流还影响断路器、熔断器、继电保护装置等很多的设备的正常工作。

（6）谐波会对通信线路造成干扰；引起通讯的噪声，降低通话质量，甚至导致引起信号丢失。

1.2 无功的危害

10kv电力设备中无功的存在，就会引起10kv电力设备受电端电压的波动，降低供电质量。此外，在10kv电力系统中，必须维持无功功率平衡，当10kv电力系统中一旦没有其他的无功电源，那么将由发电机来提供所有的无功电源负荷的消耗，这样就会导致发电机的消耗增加，工作效率达到极限，然后就是引起整个电路系统的不稳定，有可能会造成整个电路系统的崩溃；如果没有对无功进行有效地补偿，电力系统受到无功破坏的几率很大。

2 10kv电力有源滤波及无功补偿装置原理

谐波源，其实就是非线性的负载，并且以此产生了大量的无功消耗。所以进行10kv电力系统地有源滤波和无功补偿装置的设计，就是主要考虑两个电路部分：一是10kv指令电流运算电路，二是10kv补偿电流发生电路。10kv电力有源滤波及无功补偿系统基本工作原理是：检测控制对象而得到的电压和电流，然后经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，据此由补偿电流发生电路产生补偿电流，让该10kv电力系统补偿电流与负载电流中要补偿的谐波和无功电流相抵消，最终得到期望的电源电流。

3 10kv电力有源滤波及无功补偿装置的硬件

整个10kv电力有源滤波及无功补偿装置可认为由两大部分组成：一是10kv指令电流运算电路，二是10kv补偿电流发生电路。10kv补偿电流发生电路又是由三个各部分来组成的：一是主电路；二是驱动电路；三是电流跟踪控制电路。10kv指令电流运算电路主要是利用DSP；然后通过运用扩展dq算法，就可以来检测10kv电力系统负载电流中的两个主要的量：谐波还有无功分量，并根据10kv电力系统谐波控制极无功补偿装置所需要达到的补偿目的，来计算出所需要的补偿电流的指令信号。然后整个补偿电流发生电路，就可以通过前面计算检测电路的结果进行指令的处理，产生跟踪指令电流，然后产生补偿电流，就能够起到无功的补偿，还有对谐波的有效控制。

10kv电力有源滤波及无功补偿装置，主要的硬件控制系统所需如下：DSP控制的控制运算芯片、A/D还有D/A电路、采样所需要的周期信号发生器（电路）、非线性负载电流的调理检测器（电路），还有驱动电路、三角波的比较电路，最后就是直流侧压与均压的整个控制电路，通过这些电路来组成一个有效的10kv用电系统的有源滤波及无功补偿装置。

10kv电力有源滤波及无功补偿装置与负载（谐波源）并联连接，故所接的交流电压是一样的，因此10kv电力有源滤波及无功补偿装置的容量主要由交流侧相电流的有效值决定，而交流侧相电流的有效值的大小和装置的补偿目的（是只补偿谐波还是要同时补偿谐波和无功）有关。如果只补偿谐波时，10kv电力有源滤波及无功补偿装置的补偿电流与负载电流的谐波分量大小相等而方向相反，两者的有效值是一样的，这种情况下，补偿装置的容量取决于10kv电力系统中负载电流中谐波的大小。

4 10kv电力有源滤波及无功补偿装置的软件

10kv电力有源滤波及无功补偿装置DSP主程序的功能主要为计算谐波与无功补偿指令电流、对直流侧总电压及上、下电容均压进行控制，接收外部的启动信号进行软启动，接收外部的关断信号将指令电流置零等。要合理利用时间，最大限度的减少装置的时延，需要合理的安排控制电路系统的时序。当采样信号来到后，先对所有的电路信号采样保持与A/D转换，然后计算出指令电流，对软起动过程进行准确的判断后以后，输出PWM信号。然后通过软件的控制，控制整个有源滤波及无功补偿装置来工作，实时，自动的进行谐波的控制还有实时的进行无功的准确补偿。

10kv高压电力系统中逆变器的改进：目前，在低于10kv的低压系统中，谐波控制，还有无功补偿已经比较有效地进行了技术性处理。但在高于10kv的高压方面，由于补偿装置的功率器件耐压情况还没有得到相应的改善，造成了现在的10kv以上级的高压滤波器不像低压滤波器技术还不够成熟。功率器件端电压过冲均衡措施基于以上原因，对于功率器件的串联使用可以采取以下一些措施：

（1）10kv系统设计时尽量选用型号一致、特性一致的功率器件，并且其10kv吸收电路、驱动电路的结构，参数应严格一致。

（2）除了对10kv元件提出上述要求外，10kv系统设计工艺也要讲究，以避免电路分布参数带来的影响。

这样做就是为了能够良好解决由10kv开关器件端压不均所带来的某些10kv器件损坏问题，满足有10kv源滤波器中应用PWM技术所需的高开关速度，并尽可能降低10kv开关器件静态及动态损耗。

10kv功率器件直接串联均压的控制方法：每支10kv功率器件并联了一个阻值较大的电阻，其目的是保证10kv串联功率器件的静态均压，其中并联电阻尽量选择比较大的阻值，就能减小电路在关断时的漏电，也就能够有效地减少损耗。

10kv控制电路，要保证10kv的主电路中，串联功率器件的动态换相过程要保持10kv功率器件端的电压处于有效地平衡。

可以通过加入10kv电力系统的反馈回路来控制10kv功率器件的端电压，使端电压不超过10kv功率器件所能够承受的上限。主要的控制过程：从10kv主电路中分别取两个功率器件的端电压，将其与给定的上限电压进行比较，当某功率器件所承受的电压大于其上限电压时，比较所得结果将输入控制器，并由控制器产生控制脉冲送给功率器件的触发门，进行控制，使产生过压的10kv功率器件短暂的开通或关断，来降低其端压，以免损坏。

5 结束语

通过本文的探讨研究，就是希望能够在实际的工作过程中，实际的10kv电力系统工作情况中，设计一个恰当的有源滤波和无功补偿装置，并且实际的起到作用，只有这样才能够有效地提高10kv电力系统地工作效率，更多的减少电力系统工作中产生的损耗；我们也希望能够集思广益，能够通过更多人的努力来改进我们10kv的有源滤波及无功补偿装置的设计，能够更好地把这样的装置运用到实际的工作中。

参考文献：

[1]罗华聪.电网无功补偿装置的应用[J].价值工程，2010（28）.