有源电力滤波器综述

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1、有源电力滤波器综述摘要：在现代电力系统中，大量电力电子设备产生的谐波严重影响到整个电力系统的安全、稳定运行。其危害主要表现为:导致变压器和发电机的过热;导致继电保护装置的误动作;加速电容器、电缆等设备老化;干扰通信系统等。目前，有源电力滤波器(ActivePowerFilter,APF)已成为治理谐波污染的有效工具之一，其原理是在准确检测电压或电流中谐波成分的基础上，控制PWM变流器快速跟踪，产生与原有谐波大小相等、方向相反的补偿分量，以抵消掉谐波。APF的控制方法对于快速准确地补偿谐波至关重要。本文根据APF装置的不同特点和不

2、同控制方法进行了分类研究，详细分析了各种方法的优缺点，并对APF控制方法的发展方向进行了展望。关键词：APF装置分类控制方法谐波抑制1概述随着电力电子装置的大量使用，电力系统的谐波和不对称问题日益严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生。因此，需要对电网谐波才去有效的抑制措施。传统方法使用无源滤波器，为了避免对电力线路的干扰，传统的解决方法是在换流站侧并联多组LC谐振型无源滤波器来抑制谐波。由于所有滤波器在工频下都呈容性阻抗，因此滤波器装置除了抑制谐波以外，还可以兼作无功功率补偿之用。但是，无缘滤波器存在许多缺点，主要有无源滤

3、波器体积庞大，价格昂贵，运行费用比较高，交流系统的运行频率随系统的负荷条件变化，这要求无源滤波器具有较好的适应性，但较大的无源滤波器将使系统的动态性能和过渡过程中的跟踪精度恶化，还可能引起系统振荡。无源滤波器的效果相对依赖于系统的阻抗值，因此当交流系统的阻抗非常小时，将难以获得满意的滤波效果。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器（ActivePowerFilter，APF)。APF是一种可以动态地抑制谐波和补偿无功的电子装置，对大小和频率都变化的谐波和无功进行补偿，其应用可以克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方

4、法的缺点。APF系统的原理图如图1所示。是电压中的a相电压，负载为谐波源，产生谐波并消耗无功，为APF直流侧电容的电压，、分别为负载侧、网侧的a相待测电流，为有源滤波器a相的补偿电流。APF检测补偿对象的电压和电流，计算出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波电流抵消，最终得到期望的电源电流。图1并联型有源电力滤波器原理图2APF分类2.1根据功率等级和响应速度分类为了实现相应的补偿功能，补偿系统的功率等级和响应速度决定了APF的控制策略。功率等级与响应速度之间有着密切的

5、相互联系。通常，响应速度越快系统花费的成本越高。2.1.1低功率等级应用功率低于100kVA的系统属于低功率等级应用，使用范围主要包括民用住宅、商业大楼、医院、小规模到中等规模的工业负载和驱动系统。这些系统通常采用技术比较复杂的动态有源滤波器，尤其是多脉冲PWM电压源逆变器或电流源逆变器系统，其响应时间比较短，系统的补偿功率也比较小。1)单相有源电力滤波器主要运用于低功率等级场合，如:计算机负荷较多的商业大楼、教学大楼、小规模工业等。对于这些应用环境，由于大量使用单相负荷，使得中性线谐波电流含量较大，随着负荷的变化应该提供灵活的

6、补偿方式。因而可以直接在分散的谐波电流源处使用小容量有源电力滤波器进行补偿，而不需要在电源输人端使用大容量有源电力滤波器。而且，由于单相有源电力滤波器处理容量低，因而工作频率较高，补偿性能较好。2)对于三相系统的应用场合，根据三相负载是否平衡而采用不同的有源电力滤波器电路结构。当功率等级相对较低时，如:100kVA，可以使用三套单相系统进行补偿，也可以使用一套三相系统进行补偿。当三相负荷平衡时，有源电力滤波器不需要平衡三相负荷的电流或电压，只需对谐波电流进行补偿，可以采用三相逆变器电路结构。当三相负载电流不平衡或三相电源电压不对

7、称时，尤其在三相四线制系统或不需要三相桥逆变器的系统中，可以采用三套单相逆变器电路结构进行补偿。2.1.2中等功率等级应用功率从100kVA到lOMVA的三相系统属于中等功率等级应用，其范围包括中等电压等级和高电压等级配电网络、高电压大容量驱动系统。对于这些系统，其三相不平衡的影响基本可以忽略，因而主要的补偿目标是减小或消除谐波电流。在高电压配电网中，由于电压等级较高以及相关的高压绝缘问题，出于系统运行经济性的考虑，通常不使用APF补偿无功功率，而是采用其他的方法，如:静止无功补偿器、可调谐滤波器、同步调相机等无功补偿装置。2.

8、1.3高功率等级应用由于高频工作的功率器件所能处理的功率等级较低，因而制造高功率等级的APF成本较高。通常，大容量的功率器件只能达到几千伏的耐压，通过功率器件的串并联可以提高耐压等级，但需要增加额外的均压电路、保护电路等，实现较困难，成本高。然而，与低功率等级应