电网中有源滤波器无功补偿技术研究

1、谢德茂一、应用背景二、LC调谐滤波器三、有源滤波器电力系统作为另一种“环境”，也同样面临着污染问题“污染源”：谐波、无功功率电网非线性负载谐波晶闸管整流设备，如开关电源变频设备，如水泵、电梯等电弧炉、电石炉气体放电类电光源，如荧光灯家用电器，如变频空调（1）谐波使设备产生附加谐波损耗，降低配电设备及用电设备的效率（2）谐波会影响各种电气设备的正常工作。谐波引起过电压、过电流使变压器严重过热；使电容器、电缆过热，绝缘老化，寿命缩短（3）谐波会引起公用电网局部谐波放大，甚至并联谐振和串联谐振（4）谐波导致继电保护和自动装置的误动作和拒动作1、对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波2、补偿传统方

2、法：LC调谐滤波器（无源滤波器）新方法：有源滤波器(Active Power Filter，APF）无功的产生：非线性元件的使用，电流与电压存在相角。 Q=UIsinQ表示了有能力交换而并不消耗能量Q表示了这种能力交换的幅度无功的危害：导致电源（电网）效率降低，电网供电能力下降，增加损耗。如不采取措施补偿无功，可能导致电网故障。如大停电补偿技术：同步调相机，并联电容器，静止无功补偿装置（SVC)，静止无功发生器（SVG）工作原理：利用电容、电感、电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波。基本滤波电路（1）电容滤波（2）C-R-C滤波（3）L-C电感滤波（4）C-L-C滤波优点：结构

3、简单、成本低廉、运行成本可靠性较高、运行费用减低缺点：（1）受系统影响，存在谐波放大和共振的危险（2）频率影响，谐振点偏移，效果降低（3）负载影响，可能因超载而损坏工作原理：利用可控的半导体器件向电网注入与谐波源电流幅度相等、方向相反的电流，使电源总谐波电流为零特点：1）不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；2）滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险3）具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高可控性和快速响应等特点按逆变器直流侧储能元件的不同并联型设当电源Us单独作用时希望APF产生的电流 ，让APF产生的谐波电流抵

4、消谐波电流。shsfSLSiiiii,其中，isf是基波电流，ish是谐波电流shCii APF可以等效为一个受谐波电流控制的电流源实现此类APF的核心问题：产生谐波电流方法： 直接检测出谐波电流和无功大小ic，这类方法实现较复杂 直接检测出基波或有功电流iS，以及负载电流iL，根据叠加定理求出补偿电流主要适用场合主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等优点：既可以滤波，也可以进行无功补偿。缺点：检测受电源侧线路阻抗与电源阻抗影响。APF可以等效为一个受控电压源，uAF=K*ish其中is是电源电流，usf是基波电压，ush是谐波电压Isf是基波电流

5、，ish是谐波电流图5 串联型APF等效电路图shsfSiii主要使用于电压源型非线性负载，它是通过一个匹配变压器将有源滤波器串接于电源和负载之间，以此消除电压谐波，平衡或调整负载端电压优点：既可以滤波，又可当电压调节器使用缺点：补偿范围受限。主要受串联在电路中的变压器影响分析方法与前两种方法类似，此类APF兼有串、并联型的优点，又把两者各自缺点给弥补了，可以解决绝大多数电能质量问题，被称为万能APF，但是造价昂贵。APF具有高度可控制和快速响应特性，并且可以实时跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率，因而已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。随着我国对电网谐波污染治理日益重视，“绿色

6、电力电子”的呼声越来越高，电力有源滤波器必然会得到广泛的推广应用，给我国电力工业带来巨大的经济效益和社会效益。对于并联型APF，电源侧有由上式可见，电源侧为基波电流，高次谐波已经被虑除。当补偿电源的输出电流为则电源侧电流为可见，此时补偿电源既可以滤波，又可以实现无功补偿。11sin2tIiiiCLStItkIikkkCcossin2sin2112tIiiiCLScoscos211电力系统中谐波和无功电流的检测方法主要分为频域和时域两大类。频域检测方法主要有两种：三相电流快速傅里叶分解以求得补偿分类 直接使用带通滤波器等设备检测各补偿分量。时域检测方法有多种：目前使用最多的是基于瞬时无功功率理论的电流检测法，根据瞬时无功功率理论，通过