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电力有源滤波器的种类与运行原理

2021-01-20

有源滤波器与传统的无源滤波器相比,有源滤波器在响 应时间、滤波效果、整体可靠性、功率密度、使用寿命等方 面都比无源滤波器具有优势。电力有源滤波器(APF)具有 能补偿各次谐波、抑制闪变、补偿无功、自动跟踪补偿变化 谐波等技术优势,主要应用在由于负载端有大量非线性负载 使用而导致的电力系统电压和电流严重畸变的场合,电力有 源滤波器技术对电网谐波可以进行动态实时补偿,是解决谐 波污染和改善电能质量最有效、最具潜力的途径。 1 电力有源滤波器的种类 1.1 按储能元件确定有源滤波器的种类 按照逆变电路储能元件的不同,APF 可分为电压型 APF (储能元件为电容)和电流型 APF(储能元件为电感)2种。 电压源逆变器的有源滤波器结构如下图(图一),目前国内 绝大多数 APF 都采用电压型逆变结构;电流源逆变器的有源 滤波器结构如下图(图二),它对于开关频率有严格的限制, 损耗较高,并且需要一个较大容量的并联电容作为线路电压 支撑电容,所以不常采用。 图 1 电压型有源滤波器    图 2 电流型有源滤波器 1.2 联结方式 有源滤波器的结构形式很多,但其基本原理都是类似 的。按照与电网的联结方式可分为并联型、串联型、串-并 联型和混合型的电力有源滤波器。并联型有源滤波器,作为 电流源向系统中注入补偿电流,实现非线性负载产生谐波电 流的抵消、无功补偿以及平衡三相电流不平衡抑制等;串联 型有源滤波器,与并联型相比,串联型有源滤波器损耗较大, 且各种保护电路也较复杂,故行业内不常采用;串-并联型 有源滤波器,其组合了串联、并联型有源滤波器的优点,能 解决电气系统发生的大多数电能质量问题,所以又称之为万 能有源滤波器或统一电能质量调节器,但因成本问题,行业 内也不常采用;混合型有源滤波器,其在串联型有源滤波器 的基础上使用一些大容量的无源L-C滤波网络来承担消除低 次谐波,进行无功补偿,本文主要阐述有源滤波器相关知识, 故该部分不做详细介绍。 2 电压型有源滤波器运行原理 2.1 谐波治理原理 设备通过检测电网电流中整体谐波电流,发出一个与该 谐波电流大小相同方向相反的电流与之相抵消,从而达到滤 除谐波的目的(图三)。 图 3 谐波治理原理 2.2 设备工作原理 控制系统(图四)由采样分解、调节与监测、驱动等部 分组成。采样分解部分对系统的电流进行采样,并分析系统 中的谐波、无功状况;调节监测部分接收采样分解模块计算 的结果,产生装置动作的控制信号,同时监测装置内部的工 作参数,将监测到的结果反馈至控制信号中,形成一个闭环 控制系统,控制装置运行;驱动部分接收调节监测部分最终 发出的控制信号,转化为控制功率器件动作的驱动信号,驱 动主电路工作,将与系统谐波电流大小相等、方向相反的治 理电流注入待治理系统中,实现动态抑制谐波、补偿无功的 功能。

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