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      電網有源濾波器結構及其應用
      武漢天立華高電氣設備有限公司
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      1 、引言

        隨著電力電子技術的迅猛發展和成熟,電力系統中的大型功率電子裝置日益增多,在提高工業自動化水平和效益的同時,由于是各種使用傳統相控整流技術的大容量非線性負荷,在運行過程中所產生的高諧波和低功率因數的運行狀態,嚴重危害著電力系統的安全和電網供電質量。

        傳統的諧波抑制和無功補償的方法是將電力無源濾波器與需補償的非線性負載并聯,為諧波提供一個低阻通路的同時也提供負載所需的無功功率。無源濾波器(PF)具有結構簡單,使用方便,技術成熟以及成本低等優點。同時,它的缺點也很明顯[1]: 1)它的補償特性受電網及負載影響較大,其濾波效果依賴于電網和負載的參數,濾波特性較差;2)給電網帶來一定隱患,可能發生電網與濾波器間的串、并聯諧振;3)只能補償固定的無功功率,對變化的無功功率不能進行精確的補償,不能對諧波和無功實現動態補償;4)所需儲能元件的體積大。有源濾波器(APF, Active Power Filter)則有效的解決了無源濾波器的缺點。有源濾波器的補償特性受電網及負載影響很小,不但避免了與電網發生串、并聯諧振的危險,同時還可抑制串并聯諧振的發生;實現了動態補償,可以對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行迅速的動態跟蹤補償;可以同時對諧波和無功進行補償,且補償無功的大小可做到連續調節,既可對一個諧波和無功源單獨補償,也可對多個諧波和無功源進行綜合補償;有源濾波器補償無功功率時不需儲能元件,補償諧波時所需儲能元件容量不大。

        本文在介紹有源濾波器的基本原理和結構特點的基礎上,介紹了有源濾波器拓撲結構的發展現狀及其運用,最后展望了有源濾波器的發展前景。

        2 、有源濾波器的原理及其結構

        有源濾波器是由一組開關器件和無源儲能元件如電感和電容組成,其系統主要由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩大部分組成。有源濾波器結構如圖1。設負載電流 的高次諧波含量為 。它的基本工作原理是:檢測補償對象的電流(或電壓),經過指令運算電路得到補償電流的指令信號。該信號經控制器由補償電流發生電路獲得,補償電流 與負載中的諧波電流 抵消,


            
        使電網的電流恢復為純正弦波形;同時,有源濾波器發出基波無功電流,進行無功補償。



      圖2 單獨使用的并聯APF

        3.1.2 與PF混合使用方式

        為克服單獨使用時面臨的缺點,并聯型APF常常與PF混合使用。就與PF混合使用的形式來說又可分為兩種:一種是有源電力濾波器與無源濾波器并聯;另一種是有源電力濾波器與無源濾波器串聯。圖2(a)是并聯型APF與PF并聯的結構圖。APF與PF并聯接入電網,共同承擔補償諧波的任務。PF主要補償較高次的諧波,是一個高通濾波器,它一方面用于消除補償電流中因主電路中器件通斷而引起的諧波,另一方面它可濾除補償對象中次數較高的諧波,從而可降低對APF主電路中器件開關頻率的要求。圖3(b)為并聯型APF與PF串聯使用的結構圖,該方式中,APF的用于改善PF的濾波特性,克服PF易受電網阻抗影響和易與電網阻抗發生諧振缺點。而諧波和無功主要由PF補償,而這種方式中,APF不承受交流電源的基波電壓,因此裝置容量比較小。并聯混合型有源電力濾波器具有安裝、維護簡單的優點, 可以直接在已有的無源濾波器上進行改造, 因此并聯混合型電力有源濾波器的使用最為廣泛。



        5 、結束語

        本文在介紹有源濾波器的工作原理的基礎上,分析了各種有源濾波器的結構特點,總結了有源濾波器的發展現狀,展望了有源濾波器的發展趨勢。

        隨著我國電力事業的發展,電能質量的要求將不斷提高,利用有源濾波進行電能質量治理有著巨大的市場潛力。特別在補償諧波、無功功率、中線電流、不平衡電流等方面,有源濾波技術必將擁有更加廣闊的前景。


       

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      公司名稱: 武漢天立華高電氣設備有限公司
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