有源電力濾波器綜述

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1、有源電力濾波器綜述摘要：在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大量電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波嚴(yán)重影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。其危害主要表現(xiàn)為:導(dǎo)致變壓器和發(fā)電機(jī)的過(guò)熱;導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作;加速電容器、電纜等設(shè)備老化;干擾通信系統(tǒng)等。目前，有源電力濾波器(ActivePowerFilter,APF)已成為治理諧波污染的有效工具之一，其原理是在準(zhǔn)確檢測(cè)電壓或電流中諧波成分的基礎(chǔ)上，控制PWM變流器快速跟蹤，產(chǎn)生與原有諧波大小相等、方向相反的補(bǔ)償分量，以抵消掉諧波。APF的控制方法對(duì)于快速準(zhǔn)確地補(bǔ)償諧波至關(guān)重要。本文根據(jù)APF裝置的不同特點(diǎn)和不

2、同控制方法進(jìn)行了分類研究，詳細(xì)分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)APF控制方法的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：APF裝置分類控制方法諧波抑制1概述隨著電力電子裝置的大量使用，電力系統(tǒng)的諧波和不對(duì)稱問(wèn)題日益嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生。因此，需要對(duì)電網(wǎng)諧波才去有效的抑制措施。傳統(tǒng)方法使用無(wú)源濾波器，為了避免對(duì)電力線路的干擾，傳統(tǒng)的解決方法是在換流站側(cè)并聯(lián)多組LC諧振型無(wú)源濾波器來(lái)抑制諧波。由于所有濾波器在工頻下都呈容性阻抗，因此濾波器裝置除了抑制諧波以外，還可以兼作無(wú)功功率補(bǔ)償之用。但是，無(wú)緣濾波器存在許多缺點(diǎn)，主要有無(wú)源濾

3、波器體積龐大，價(jià)格昂貴，運(yùn)行費(fèi)用比較高，交流系統(tǒng)的運(yùn)行頻率隨系統(tǒng)的負(fù)荷條件變化，這要求無(wú)源濾波器具有較好的適應(yīng)性，但較大的無(wú)源濾波器將使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和過(guò)渡過(guò)程中的跟蹤精度惡化，還可能引起系統(tǒng)振蕩。無(wú)源濾波器的效果相對(duì)依賴于系統(tǒng)的阻抗值，因此當(dāng)交流系統(tǒng)的阻抗非常小時(shí)，將難以獲得滿意的濾波效果。目前，諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用有源電力濾波器（ActivePowerFilter，APF)。APF是一種可以動(dòng)態(tài)地抑制諧波和補(bǔ)償無(wú)功的電子裝置，對(duì)大小和頻率都變化的諧波和無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，其應(yīng)用可以克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方

4、法的缺點(diǎn)。APF系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。是電壓中的a相電壓，負(fù)載為諧波源，產(chǎn)生諧波并消耗無(wú)功，為APF直流側(cè)電容的電壓，、分別為負(fù)載側(cè)、網(wǎng)側(cè)的a相待測(cè)電流，為有源濾波器a相的補(bǔ)償電流。APF檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流，計(jì)算出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波電流抵消，最終得到期望的電源電流。圖1并聯(lián)型有源電力濾波器原理圖2APF分類2.1根據(jù)功率等級(jí)和響應(yīng)速度分類為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的補(bǔ)償功能，補(bǔ)償系統(tǒng)的功率等級(jí)和響應(yīng)速度決定了APF的控制策略。功率等級(jí)與響應(yīng)速度之間有著密切的

5、相互聯(lián)系。通常，響應(yīng)速度越快系統(tǒng)花費(fèi)的成本越高。2.1.1低功率等級(jí)應(yīng)用功率低于100kVA的系統(tǒng)屬于低功率等級(jí)應(yīng)用，使用范圍主要包括民用住宅、商業(yè)大樓、醫(yī)院、小規(guī)模到中等規(guī)模的工業(yè)負(fù)載和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常采用技術(shù)比較復(fù)雜的動(dòng)態(tài)有源濾波器，尤其是多脈沖PWM電壓源逆變器或電流源逆變器系統(tǒng)，其響應(yīng)時(shí)間比較短，系統(tǒng)的補(bǔ)償功率也比較小。1)單相有源電力濾波器主要運(yùn)用于低功率等級(jí)場(chǎng)合，如:計(jì)算機(jī)負(fù)荷較多的商業(yè)大樓、教學(xué)大樓、小規(guī)模工業(yè)等。對(duì)于這些應(yīng)用環(huán)境，由于大量使用單相負(fù)荷，使得中性線諧波電流含量較大，隨著負(fù)荷的變化應(yīng)該提供靈活的

6、補(bǔ)償方式。因而可以直接在分散的諧波電流源處使用小容量有源電力濾波器進(jìn)行補(bǔ)償，而不需要在電源輸人端使用大容量有源電力濾波器。而且，由于單相有源電力濾波器處理容量低，因而工作頻率較高，補(bǔ)償性能較好。2)對(duì)于三相系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，根據(jù)三相負(fù)載是否平衡而采用不同的有源電力濾波器電路結(jié)構(gòu)。當(dāng)功率等級(jí)相對(duì)較低時(shí)，如:100kVA，可以使用三套單相系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，也可以使用一套三相系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)，有源電力濾波器不需要平衡三相負(fù)荷的電流或電壓，只需對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償，可以采用三相逆變器電路結(jié)構(gòu)。當(dāng)三相負(fù)載電流不平衡或三相電源電壓不對(duì)

7、稱時(shí)，尤其在三相四線制系統(tǒng)或不需要三相橋逆變器的系統(tǒng)中，可以采用三套單相逆變器電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償。2.1.2中等功率等級(jí)應(yīng)用功率從100kVA到lOMVA的三相系統(tǒng)屬于中等功率等級(jí)應(yīng)用，其范圍包括中等電壓等級(jí)和高電壓等級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)、高電壓大容量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于這些系統(tǒng)，其三相不平衡的影響基本可以忽略，因而主要的補(bǔ)償目標(biāo)是減小或消除諧波電流。在高電壓配電網(wǎng)中，由于電壓等級(jí)較高以及相關(guān)的高壓絕緣問(wèn)題，出于系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的考慮，通常不使用APF補(bǔ)償無(wú)功功率，而是采用其他的方法，如:靜止無(wú)功補(bǔ)償器、可調(diào)諧濾波器、同步調(diào)相機(jī)等無(wú)功補(bǔ)償裝置。2.

8、1.3高功率等級(jí)應(yīng)用由于高頻工作的功率器件所能處理的功率等級(jí)較低，因而制造高功率等級(jí)的APF成本較高。通常，大容量的功率器件只能達(dá)到幾千伏的耐壓，通過(guò)功率器件的串并聯(lián)可以提高耐壓等級(jí)，但需要增加額外的均壓電路、保護(hù)電路等，實(shí)現(xiàn)較困難，成本高。然而，與低功率等級(jí)應(yīng)