淺談有源電力濾波器

1、淺談有源電力濾波器 【摘要】隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)電網(wǎng)諧波污染嚴(yán)重，這會對電氣設(shè)備造成危害，從而影響設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)，人們對環(huán)境保護(hù)意識的逐漸提高，則要求凈化電網(wǎng)，形成一個(gè)“綠色”電網(wǎng)。有源電力濾波器具有良好的諧波抑制效果，系統(tǒng)控制靈活，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?【關(guān)鍵詞】有源電力濾波器；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢 中圖分類號：tm20 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1006-0278（2013）01-122-01 一、有源電力濾波器的發(fā)展歷程 有源濾波器的思想，最早出現(xiàn)于1969年b.m.bird和j.emarsh的論文中。文中描述了通過向交流電源注入三次諧波電流以減少電源中的諧波，改善電源電流波

2、形的新方法。文中雖未出現(xiàn)有源濾波器一詞，但其所描述的方法被認(rèn)為是有源濾波器基本思想的萌芽。 有源電力濾波器的基本原理的完整描述，首次出現(xiàn)于1971年日本的h.sasaki和t.machida發(fā)表的論文中。但由于當(dāng)時(shí)是采用線性放大的方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，其損耗大，成本高，因而僅在實(shí)驗(yàn)室中研究，未能在工業(yè)中使用。接著，1976年美國西屋電氣公司的l.gyugyi和e.c.strycula提出了采用脈沖寬度調(diào)制控制的有源電力濾波器。80年代后，由于電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展，有源電力濾波器技術(shù)逐步走向成熟。大功率晶體管（gwg）、大功率門極可關(guān)斷晶閘管（gto）、靜電感應(yīng)晶體管（sit）、靜電感應(yīng)晶閘

3、管（siwu）、絕緣柵雙極晶體管（igbt）和場控晶閘管（mct）等新型半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，pwm技術(shù)的發(fā)展，尤其是1983年日本的h.akagi等人提出了“三相電路瞬時(shí)無功功率理論”，以該理論為基礎(chǔ)的諧波和無功電流檢測方法在三相有源電力濾波器中得到了成功的應(yīng)用，極大促進(jìn)了有源電力濾波器的發(fā)展。20世紀(jì)90年代以后，有源電力濾波器技術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，并以更快的速度在世界范圍內(nèi)發(fā)展。 二、有源電力濾波器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前世界上有源電力濾波器的主要生產(chǎn)廠家有日本三菱電機(jī)公司、美國西屋電氣公司、德國西門子公司、瑞士的abb公司和法國施耐德電氣公司等。近年來，國外已開始在工業(yè)和民用設(shè)備上廣泛使用有源電

4、力濾波器，并且單機(jī)裝置的容量逐步提高，其應(yīng)用領(lǐng)域從補(bǔ)償用戶自身的諧波到改善整個(gè)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的方向發(fā)展。以日本為例，自1982年世界上第一臺gto有源濾波裝置問世以來，日本己有50多臺有源電力濾波器投入運(yùn)行，其功率范圍從50kva到60mva越來越寬，功能從諧波補(bǔ)償?shù)揭种崎W變和電壓調(diào)節(jié)等越來越豐富，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和機(jī)關(guān)團(tuán)體的配電網(wǎng)中。作為世界上電力電子技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家，在日本有源電力濾波器己經(jīng)到了普及應(yīng)用階段。 我國在有源電力濾波器方面的研究起步較晚，1989年才有這方面研究的文章出現(xiàn)，1993年才見到試驗(yàn)性的工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。但近十幾年來，越來越多的研究單位對有源濾波技術(shù)開展了深入的理論

5、研究和實(shí)驗(yàn)，這些研究有的已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。到目前為止，我國已有自主研發(fā)的產(chǎn)品投入工業(yè)試運(yùn)行，如1991年，由華北電力科學(xué)研究院和冶金自動化研究院聯(lián)合研制的33kva電壓型有源電力濾波器在北京木材廠中心變電站投入工業(yè)試運(yùn)行；1993年，華北電力學(xué)院紀(jì)延超博士用大規(guī)模集成電路完成3kvar新型電力有源濾波器（gaf）的實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)。1995年，華北電力大學(xué)的李庚銀博士對6kva的無功及諧波綜合補(bǔ)償裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 三、有源電力濾波器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 隨著國內(nèi)外對電能質(zhì)量治理工作的日益重視，有源電力濾波器作為凈化電網(wǎng)污染、改善供電質(zhì)量的一種有效裝置，有著廣闊的應(yīng)用前景。 綜合現(xiàn)

6、階段的研究和應(yīng)用，有源電力濾波器有著這幾方面的發(fā)展趨勢： 1.對諧波理論的進(jìn)一步研究和完善。盡管三相電路瞬時(shí)無功功率理論的提出帶來很大的進(jìn)步，但其仍存在一些缺點(diǎn)，一些量的物理概念比較模糊，在解決一些傳統(tǒng)概念和問題時(shí)遇到困難。因此如何完善現(xiàn)有的功率定義和諧波檢測理論體系，提出新的檢測方法和控制策略，還要進(jìn)一步研究。 2.降低裝置容量，提高補(bǔ)償效率。采用混合型有源電力濾波系統(tǒng)，減小裝置的容量以達(dá)到降低成本和提高效率的目的； 3.控制系統(tǒng)的簡單化、數(shù)字化。隨著電力電子器件的發(fā)展、微機(jī)控制技術(shù)的完善、數(shù)字信號處理器（dsp）運(yùn)算速度的提高以及補(bǔ)償控制策略的不斷改進(jìn)，將會逐步實(shí)現(xiàn)濾波器控制系統(tǒng)的簡化與數(shù)字化，進(jìn)一步提高裝置的可靠性； 4.補(bǔ)償裝置