电网有源滤波器结构及其应用

1、电网有源滤波器结构及其应用随着技术的迅猛进展和成熟，电力系统中的大型功率装置日益增多，在提高工业水平和效益的同时，因为是各种用法传统相控整流技术的大容量非线性负荷，在运行过程中所产生的高谐波和低功率因数的运行状态，严峻危害着电力系统的平安和电网供电质量。传统的谐波抑制和无功补偿的办法是将电力无源与需补偿的非线性负载并联,为谐波提供一个低阻通路的同时也提供负载所需的无功功率。无源滤波器(pf)具有结构容易，用法便利，技术成熟以及成本低等优点。同时，它的缺点也很显然: 1)它的补偿特性受电网及负载影响较大，其滤波效果依靠于电网和负载的参数，滤波特性较差；2)给电网带来一定隐患，可能发生电网与滤波器

2、间的串、并联谐振；3)只能补偿固定的无功功率,对变幻的无功功率不能举行精确的补偿，不能对谐波和无功实现动态补偿；4)所需储能元件的体积大。有源滤波器(apf, active power filter)则有效的解决了无源滤波器的缺点。有源滤波器的补偿特性受电网及负载影响很小，不但避开了与电网发生串、并联谐振的危急，同时还可抑制串并联谐振的发生；实现了动态补偿，可以对频率和大小都变幻的谐波以及变幻的无功功率举行快速的动态跟踪补偿；可以同时对谐波和无功举行补偿，且补偿无功的大小可做到延续调整，既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源举行综合补偿；有源滤波器补偿无功功率时不需储能元件，补

3、偿谐波时所需储能元件容量不大。本文在介绍有源滤波器的基本原理和结构特点的基础上，介绍了有源滤波器拓扑结构的进展现状及其运用，最后展望了有源滤波器的进展前景。2 有源滤波器的原理及其结构有源滤波器是由一组开关器件和无源储能元件如和组成，其系统主要由命令运算和补偿电流发生电路两大部分组成。有源滤波器结构1。设负载电流 的高次谐波含量为 。它的基本工作原理是：检测补偿对象的电流(或)，经过命令运算电路得到补偿电流的命令信号。该信号经控制器由补偿电流发生电路获得，补偿电流 与负载中的谐波电流 抵消，使电网的电流复原为纯正弦波形；同时，有源滤波器发出基波无功电流，举行无功补偿。图1 有源滤波器的结构3

4、有源滤波器的拓扑结构及其应用按照电力有源滤波器接入电网的方式，可将其系统构成分为三大类，即并联型2-4，串联型5,6和混合型。3.1 并联型有源滤波器普通状况下，并联型有源滤波器有三种用法方式，单独用法方式、与pf混合用法方式以及注入电流方式。3.1.1 并联apf单独用法方式图2为单独用法方式的并联型有源滤波系统的构成拓扑。它是有源滤波器中最基本的形式，它可产生与负载谐波大小相等，方向相反的补偿电流，从而将电源侧电流补偿为正弦波。并联型有源滤波器主要用于感性电流源型负载的补偿，它也是工业上已投入运行最多的一种计划，但因为电源电压挺直加在逆变桥上，因此对开关元件的电压等级要求高；负载谐波电流含

5、量高时要求这种apf的容量必需很大，同时具备大的补偿容量和宽的补偿频带比较困难。图2 单独用法的并联apf3.1.2 与pf混合用法方式为克服单独用法时濒临的缺点，并联型apf经常与pf混合用法。就与pf混合用法的形式来说又可分为两种：一种是有源电力滤波器与无源滤波器并联；另一种是有源电力滤波器与无源滤波器串联。图2(a)是并联型apf与pf并联的结构图。apf与pf并联接入电网，共同担当补偿谐波的任务。pf主要补偿较高次的谐波，是一个高通滤波器，它一方面用于消退补偿电流中因主电路中器件通断而引起的谐波，另一方面它可滤除补偿对象中次数较高的谐波，从而可降低对apf主电路中器件开关频率的要求。图

6、3(b)为并联型apf与pf串联用法的结构图，该方式中，apf的用于充实pf的滤波特性，克服pf易受电网阻抗影响和易与电网阻抗发生谐振缺点。而谐波和无功主要由pf补偿，而这种方式中，apf不承受沟通电源的基波电压，因此装置容量比较小。并联混合型有源电力滤波器具有安装、维护容易的优点， 可以挺直在已有的无源滤波器上举行改造， 因此并联混合型电力有源滤波器的用法最为广泛。3.1.3 注入电路方式注入电路方式又可分为与lc串联谐振注入电路方式和与lc并联谐振注入电路方式两种。这种方式可降低apf的容量，它是用电感和电容构成注入回路，利用电感电容电路的谐振特性，使得apf只需承受很小部分的基波电压，从

7、而使apf 容量减小。3.2 串联型有源滤波器串联型apf的包括单独用法方式和与无源滤波器混合用法方式两种。串联型apf的结构图4。这种装置相当于一个电压控制电压源，通过对电源电压中的谐波重量的检测，产生与之相反的附加电压信号，从而实现系统与谐波的隔离，使电源端电压复原正弦波形。这种方式的特点是有源滤波器作为电压源串联在电源和基波源之间，它主要用于消退带电容整流电路等，电压型谐波源负载对系统的影响，以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。与并联型apf相比，因为串联型apf中流过的是正常负荷电流，因此损耗较大；此外，串联型apf的投切，故障后的退出及各种庇护也较并联apf复杂。因此，目前

8、应用较多的是串联型apf与pf混合用法方式。图5为这种方式的典型系统结构。该计划的特点是谐波基本由pf补偿，而apf作用只是充实pf的滤波特性。3.3 混合型有源滤波器混合型是指串联apf和并联apf的混合用法。6，串联的apfi将电源与负载隔离，阻挡电源谐波电压传入负载端，同时也阻挡了负载中的谐波电流污染电网；并联的apfii则提供了一个低阻抗的谐波电流支路，用于汲取负载中的谐波电流，阻挡负载中的谐波电流在电源端产生额外的谐波电压。这种混合型apf结合了串联型apf和并联型apf的优点，又称为统一电能质量调整器(upqc)。混合型apf结构的主要缺点是控制办法复杂，成本较高。4 有源滤波器的

9、进展趋势有源滤波器是充实供电质量，净化电网污染的一种有效装置，自从七十年月提出以来，有源滤波技术得到了长足的进展，越来越多的apf投入了运行，无论从现实功能还是运行功率上都有显然长进。目前，apf已经运用在提高电能质量，解决三相电力系统中终端电压调整，电压波动抑制，电压平衡充实以及谐波消退和无功补偿等问题上。从近年来的讨论和应用1-8可以看出，有源滤波器的进展前景如下：1)随着新型能源的进展，有源滤波器的运用范围得到极大扩展。特殊是新型能源发电后并入电网时，有源滤波器可削减其对电网产生危害，如文献介绍了一种可运用于太阳能发电的有源滤波器。2)从成本和效率，以及扩大容量来说，apf与pf混合用法的有源滤波器系统将得到越发广泛得运用。3)有源滤波器装置的多功能化也是其进展的一个方向。apf在消退高次谐波的同时，提高电力系统的稳定性，抑制闪变和补偿无功。这样既符合电力系统进展的需要，又从功能上降低了装置得成本。5 结束语本文在介绍有源滤波器的工作原理的基础上，