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有源滤波器的分类及APF的控制策略分析

2021-03-09

有源滤波器;APF 的控制策略;谐波 1 有源滤波器的分类 根据 APF 与系统的连接方式可将 APF 分为并联型 APF、串联型 APF、 串—并联型 APF 以及混合型 APF。 图 1 所示为并联型 APF,由于其与系统相并联,可等效为一受控电流 源。并联型 APF 可产生与负载谐波大小相等、方向相反的谐波电流,从而 将电源侧电流补偿为正弦波。并联型 APF 主要适用于感性电流源型负载的 谐波补偿,目前技术上已相当成熟,工业上已投入运行的 APF 多采用此方 案。 图 1 并联型 APF 图 2 所示为串联型 APF,通过 3 个单相变压器串联在电源与负载间, 可等效为一受控电压源。其主要用于消除带电容二极管整流电路等电压型 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,由于串联型 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保护也较 并联型 APF 复杂。目前单独使用的串联型 APF 的研究较少,国内外的研 究多集中在其与 LC 无源滤波器所构成的串联混合型 APF 上。 图 2 串联型 APF 图 3 所示为串—并联型 APF,这是一种新型 APF,目前还处在试验阶 段。这种 APF 兼有串、并联 APF 的功能,可解决配电系统发生的绝大多 数电能质量问题,具有较高的性价比,是今后值得推广的一种装置。 图 3 串-并联型 APF图 4 混合型 APF 图 4 所示为混合型 APF,由无源滤波器与有源滤波器组合构成,其中 无源滤波器主要负责抑制谐波,有源滤波器主要负责改善无源滤波器的滤 波特性,克服无源滤波器易受电网阻抗的影响等缺点。混合型 APF 可以分 为串联混合型 APF 和并联混合型 APF。混合型 APF 可用相对低的容量应 用于较大的大容量场合,相当于降低了有源滤波器的容量,提高了系统的 性价比,其一般适用于功率为 500~10 MW 的非线性负载。但从长远角度 看,随着电力电子元件成本不断下降,它将被性价比更高的串—并联有源 滤波器所代替。 2.APF 的控制策略 APF 的控制主要由谐波信号的检测和补偿分量的产生两大部分组成。 由图 4 可见,APF 通过检测电路检测出电网中电流电压的畸变部分,然后 采用某种控制方式控制功率电路产生相应的补偿电流分量,并注入到电网 中,以达到消谐的目的。 图 4APF 原理图 2.1 谐波信号的检测 谐波信号的检测主要有以下几种方法。 2.1.1 提取基波分量法 该法是 早被采用的谐波电流检测方法,其原理是在检测到的信号中 提取出基波分量,它与原信号之差就是所需补偿的谐波,通常可采用带通 滤波器实现。但所采用的高阶滤波器会产生附加相移,造成输出信号畸变, 影响补偿效果。

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