有源电力滤波器(APF).docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：有源电力滤波器（APF）引言谐波电流和谐波电压的出现对于电力系统运行是一种“污染”它们降低了系统电压正弦波形的质量不但严重地影响电力系统自身而且还危及用户和周围的通信系统。近半个世纪以来随着电力电子设备的推广应用非线性负荷的迅速增加(例如电气机车、工业电炉等的应用)特别是高压直流输电的运用谐波污染问题日趋严重并因此受到人们普遍的关注和重视。减小谐波影响的技术措施可以从两方面入手：一是从谐波源出发减少谐波的产生；二是安装滤波装置。常见的滤波器包括无源滤波器、有源滤波器以及混合滤波器。无源滤波器（PF:PassiveFilter）也称为LC滤波器是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置。无源滤波器的工业应用已经有相当长的历史其设计方法稳定可靠、结构简单但其滤波效果依赖于系统阻抗特性并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波电容老化及非线性负荷的影响。此外无源滤波器仅能对特定的谐波进行有效地衰减而出于经济和占地面积方面的考虑滤波器个数均是有限的所以对谐波含量丰富的场合无源滤波器的滤波效果往往不够理想。与无源滤波器对应的是有源滤波器（APF:ActivePowerFilter）。有源电力滤波器采用开关变换器消除谐波电流克服了无源滤波器的缺点。有源电力滤波器有着无源滤波器无可比拟的技术优势因此越来越受到人们的关注。1.有源滤波器的发展历史有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波改善电源电流波形的新方法。文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的基本原理。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器确定了主电路的基本拓扑结构和控制方法从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器并讨论了实现方法和相应的控制原理奠定了有源电力滤波器的基础。然而在20世纪70年代由于缺少大功率可关断器件有源电力滤波器除了少数的实验室研究外几乎没有任何进展。进入20世纪80年代以来新型半导体器件的出现PWM技术的发展尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了“三相电路瞬时无功功率理论”以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用极大促进了有源电力滤波器的发展。与无源滤波器相比有源滤波器是一种主动型的补偿装置具有较好的动态性能。有源电力滤波器是近年来电力电子领域的热门话题。目前有源滤波技术已在日本、美国等少数工业发达国家得到应用有工业装置投入运行其装置容量最高可达60MV.A；国内对有源电力滤波器的研究尚处于起步阶段。2.有源滤波器的分类有源电力滤波器的基本思想如图所示在图中谐波源一般是非线性负载如整流器等产生谐波电流供电系统一般为被保护对象；有源滤波器表现为流控电流源它的作用是产生和谐波源谐波电流大小相等方向相反的补偿电流来达到消除谐波的目的。从不同的观点出发有源电力滤波器具有不同的分类标准。（1）根据接入电网的方式有源电力滤波器可以分为串联型、并联型和串-并联型三大类。每一种类型的有源电力滤波器结构不同因其工作原理、特性各不相同。串联型有源滤波器经耦合变压器串接入电力系统如图2所示其可等效为一个受控电压源主要是消除电压型谐波以及系统侧电压谐波与电压波动对敏感负载的影响。串联型有源电力滤波器应用在直流系统中时耦合变压器的系统接入侧很容易出现直流磁饱和问题所以只在交流系统中采用。与并联型有源电力滤波器相比由于串联型有源电力滤波器中流过的是正常负荷电流因此损耗较大；此外串联型有源电力滤波器的投切、故障后的退出及各种保护也较并联型有源电力滤波器复杂。目前单独使用串联有源电力滤波器的例子较少研究多集中在其与LC无源滤波器所构成的串联混合型有源电力滤波器上。并联型有源电力滤波器与系统并联等效为一个受控电流源如图3所示。有源滤波器向系统注入与谐波电流大小相等方向相反的电流从而达到滤波的目的。并联型有源电力滤波器主要适用于电流源型感性负载的谐波补偿技术上已相当成熟工业上已投入使用的有源电力滤波器多采用此方案。与串联型有源电力滤波器相比并联型有源电力滤波器通过耦合变压器并入系统不会对系统运行造成影响具有投切方便灵活以及各种保护简单的优点。但是当单独使用并联型有源电力滤波器来滤除谐波时有源电力滤波器容量要求很大这样会带来一系列的问题如工程造价高、电磁干扰、结构复杂以及高的功率损耗等。图4所示为串-并联新型有源电力滤波器相关文献称之为统一电能质量调节器（UPQC）。它综合了