技術領域

本發明涉及一種諧波治理技術，尤其涉及一種多諧波源諧波隔離裝置。

背景技術

在現代工業和民用供電系統中，由于存在大量非線性負載，例如：電弧爐、感應爐、電力機車、整流設備、變頻設備、日光燈、氣體放電燈以及其它含有大功率半導體器件或電弧、鐵磁設備等非線性負荷，在電網中就會產生相應的非線性電流；而非線性電流在電網阻抗上產生壓降，使供電電壓波形發生畸變，變為非正弦波；非正弦波可分解為50Hz的工頻基波和許多整數倍于基波的諧波(2次、3次、4次、5次，……)。其中諧波對電網和電氣設備將產生不良影響，其主要危害如下：

①使公用電網中的元件產生附加諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的使用效率；

②影響各種電氣設備的正常工作，如使電動機引起附加損耗、產生機械震動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞；

③引起電網局部的并聯諧振和串聯諧振，引起電網嚴重事故；

④對鄰近的通信系統產生干擾，輕者引起噪聲、降低通信質量，重者導致信息丟失、干擾通信系統正常工作；

⑤導致繼電保護和自動裝置誤動作，使電氣測量儀表不準確，直接影響正常生產和電網的安全經濟運行。

為了限制諧波對電網和電氣設備的不良影響，我國制定了相應的國家標準：《電能質量公用電網諧波》GB/T?14549-1993。

目前，國內外普遍采用的諧波治理裝置有兩類：

一類是基于調諧吸收諧波電流原理的無源濾波裝置。它由線性無源器件——電感L、電容C、電阻R所構成的若干個不同次數的諧波濾波器并聯而成。各次諧波濾波器在本次諧波頻率附近或者在某一個頻帶內呈現低阻抗，吸收相應的諧波電流，從而使電網中的諧波電流減少；當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網，達到抑制諧波的目的。

另一類是基于瞬時無功功率理論的諧波電流抵消原理的有源濾波裝置。它利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。

由于無源濾波裝置具有投資少、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優點，同時，還能補償一定數量的無功功率，所以目前無源濾波裝置仍然是國內外電力系統抑制諧波的主要手段。但它也存在一些固有的缺陷：①只能抑制固定的幾次諧波，并對某次諧波在一定條件下會產生諧振而使諧波放大；②只能補償固定的無功功率，對變化的無功負載不能進行精確補償；③無源濾波裝置有效材料消耗多、體積大；④濾波要求和無功補償、調壓要求有時難以協調；⑤濾波效果易受元件或系統參數、以及電網頻率等變化的影響；⑥在某些條件下可能和系統發生諧振，引發事故；⑦當諧波源增大時，濾波器負擔隨之加重，可能導致因諧波過載不能運行等。

有源濾波裝置是20世紀80年代后，隨著新型電力半導體器件的出現，脈寬調制技術(PMW)的發展，以及基于瞬時無功功率的理論的諧波電流檢測法的提出而產生的一種新型濾波裝置，與無源濾波器(Power?Filter)相比，有源濾波器(APF，Active?Power?Filter)具有高精度可控性和快速響應性；不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變、補償無功；濾波特性不受系統阻抗的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險；可自動跟蹤負荷的變化，具有動態諧波等無源濾波器所不具備的巨大技術優勢。但有源濾波裝置存在以下問題限制了其使用：

①有源濾波裝置成本高，與無源濾波裝置相比，設備的初期費用偏大。據文獻記載，目前這兩者的費用比大約在7∶1左右。但從長遠來看，隨著電力電子器件價格的下降，這個比值會隨著技術的成熟而大幅下降；

②有源濾波裝置自身損耗大，濾波容量小。據文獻記載，與無源濾波裝置相比，有源電力濾裝置的損耗要達到50～90W/kVA，大約是無源濾波裝置(2～4.5W/kVA)的20倍。較高的損耗，即妨礙設備容量的進一步提高，也增加了運行成本。

③有源濾波裝置工作在高頻狀態下產生的較大的電磁干擾和電磁元件發熱。

目前，有時可以將上述兩類裝置混合使用，取長補短。但對于具有豐富的諧波含量的非線性負荷(諧波源)的濾波，無源濾波裝置需要設計更多次濾波器，其成本高、損耗大。有源濾波裝置也需要更高的檢測和響應速度。然而，在這種情況下，現有的無源濾波裝置和有源濾波裝置的諧波治理效果都不佳。在許多場合下，雖然采用了濾波措施，但監測點的諧波含量仍然超標。

發明內容