對并聯(lián)混合有源濾波器的幾點認識

1、信息科學與工程學院電力諧波綜合治理技術對并聯(lián)混合有源濾波器的幾點認識1、并聯(lián)混合APF產(chǎn)生的緣由：在電力諧波綜合治理技術的課程中，我們學習了關于諧波諧波抑制中常用的無源濾波和有源濾波技術，這些技術在諧波抑制中發(fā)揮著重要的作用，但是無源濾波器和有源濾波器也有自身的缺點。隨著電力電子裝置的大量使用，電力系統(tǒng)的諧波和不對稱問題日益嚴重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生。因此，需要對電網(wǎng)諧波采取有效的抑制措施。目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器( AcTIve PowerFilter，APF)。APF 是一種可以動態(tài)地抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，對大小和頻率都變化的諧波和無功進

2、行補償，其應用可克服LC 濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償方法的缺點。用于諧波治理的傳統(tǒng)方式為并聯(lián)無源 LC濾波器。無源LC濾波器與負載并聯(lián)接在電網(wǎng)母線上 ,選定 R ,L ,C 的參數(shù) ,使濾波網(wǎng)絡在一定的諧波信號頻率處產(chǎn)生諧振。u 無源濾波器的缺陷有：Ø 靈活性差 ,一套 LC濾波器只能抑制某一次諧波 ,而諧波種類繁多 ,故一套LC濾波器的利用率較低。Ø 體積大。Ø 易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振 ,引起諧波注入 ,損壞設備。u 有源濾波器的缺陷為：Ø 單獨使用的并聯(lián)型有源濾波器可以通過不同的控制作用對諧波 無功 不平衡分量等進行動態(tài)補償 但由于直接與電網(wǎng)

3、相連 只適合于低壓系統(tǒng)的應用不宜于高壓、大容量的諧波補償。 Ø 另外，目前純有源濾波的成本高、功耗大，而且受到電力電子器件的容量制約，在目前的應用中具有一定的限制?；谝陨媳尘?，無源和有源濾波器構成的混合型濾波器主要由無源濾波器濾除諧波電流，有源部分的作用是改善無源濾波器的性能，而且有源部分不直接承受電網(wǎng)基波電壓，所以有源部分的容量小且適合高壓系統(tǒng)的應用，所以HAPF應運而生。 2、APF工作原理APF 系統(tǒng)的原理如圖1 所示。ua是電壓us中的a 相電壓，負載為諧波源，產(chǎn)生諧波并消耗無功，Udc為APF 直流側電容的電壓，iL、is分別為負載側、網(wǎng)側的a 相待檢測電流，ic為有源濾

4、波器a相的補償電流。APF 檢測補償對象的電壓和電流，計算出補放大，得出補償電流，補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波電流抵消，最終得到期望的電源電流。 圖1 并聯(lián)型有源電力濾波器原理圖 3、并聯(lián)混合型APF 工作原理單獨使用的APF 由于容量小等原因，通常只應用在小容量非線性負載的場合，若在大容量場合應用則不太可行。混合型APF 可以較好地解決單獨使用APF存在的問題。在抑制諧波和補償無功功率時，無源濾波器起主要作用，而有源濾波器主要是改善無源濾波器的濾波特性，克服無源濾波器易受電網(wǎng)阻抗的影響等缺點。因此，有源濾波器可用相對低的容量應用于較大的大容量場合，相當于降低了有源濾波器的容量，提高了系統(tǒng)

5、的性價比。并聯(lián)混合型APF 如圖2 所示，其具有一系列的優(yōu)點，其中，有源濾波器的容量約占補償對象容量的2% 5%。這與單獨使用的并聯(lián)型有源濾波器相比，大量減少了它的容量。但這種并聯(lián)混合型APF 中通常需要一個高帶寬的PWM 變流器作為有源濾波器的主電路，由此決定了現(xiàn)有的混合型濾波器系統(tǒng)只適用于補償中等功率以下的負載，一般為500 10 MW。對于功率大于10 MW的非線性負載，制作與其相對應的高寬帶、大容量有源濾波器是困難的。因此，并聯(lián)混合型APF 不能用于抑制大功率非線性負載所產(chǎn)生的諧波。 圖2 并聯(lián)混合型APF 系統(tǒng)?？紤]到在實際應用中，大功率非線性負載在要求濾除諧波的同時，也要求混合型濾

6、波系統(tǒng)具有無功補償能力。但是在傳統(tǒng)的并聯(lián)混合型有源電力濾波系統(tǒng)中，大量的基波無功電流流入并聯(lián)混合濾波系統(tǒng)的有源部分，使有源濾波器的容量也相應較大。為進一步減少有源濾波器的容量，使并聯(lián)混合APF 系統(tǒng)能夠應用于大功率場合，采用了一種改進型的并聯(lián)混合型APF 結構，如圖3 所示。 圖3 改進的混合型APF 系統(tǒng)。圖3 中APF 被控制為一個諧波電流源，La為阻抗值很小的附加電感。該改進型的并聯(lián)混合型APF 與傳統(tǒng)的并聯(lián)混合型APF 相比，主要區(qū)別在于APF 被看作一個受控電流源。因此，基波無功電流被強迫流入附加電感La，APF 中只流過諧波電流。由于無源濾波器的存在，APF 不承受諧波電壓，又由于

7、La與無源濾波器相比基波阻抗很小，因此，APF 承受的電壓也很低，從而APF 的容量也可做得很小。以上分析可知，改進型的并聯(lián)混合型APF 可應用于較大容量的場合。另外，當APF 過電流或故障時，該系統(tǒng)可借助于快速熔斷器，迅速脫離整個濾波系統(tǒng)，與此同時，無源濾波器和附加電感La組成的濾波系統(tǒng)還可正常工作，不至于對電網(wǎng)造成較大的沖擊。這點在工程應用上非常重要，因此，這種改進型的并聯(lián)混合型APF具有很強的實用性。 4、并聯(lián)混合型APF 設計實現(xiàn)方法圖4并聯(lián)型HAPF拓撲結構Ø 單調諧PF濾波原理及特性單調諧濾波器是指用于吸收單一次數(shù)諧波（如單獨濾3、5、7次諧波）的濾波器。其物理本質是電工

8、理論的LC串聯(lián)諧振原理，即對h次諧波成分，當 時，LC串聯(lián)阻抗為0。Ø 單調諧PF參數(shù)的設計l 電容的設計由于電容器的費用占濾波回路的總投資的近60%所以電容器容量最小的設計方案一般就是投資費用最小的方案，所以單調諧PF先選取電容的容量。按照電容器安裝容量最小的原則，求得單調諧回路輸出的無功功率為：· 加在n次諧波通道上的電網(wǎng)相電壓有效值· n次諧波通道流過的n次諧波電流有效值電網(wǎng)基波電流有效值l 電容的設計在上式定義的無功功率條件下，電容器的安裝容量將達到最小值。調諧回路的電容值可按下式選?。?#183; n次諧波通道的電容值n次諧波通道發(fā)出的基波無功功率

9、83; 基波角頻率· 波器中電容器的增值系數(shù)，。l 電感的設計確定了單調諧濾波通道中的電容器值后，就可以確定相應的電抗器值，調諧回路的電感值可按下式選?。簂 電阻的設計單調諧濾波器的品質因數(shù)Q一般取3060范圍之內，計算出 根據(jù)品質因數(shù)Q值可以確定n次諧波通道的電阻值：5、復合電流控制方法的仿真圖5并聯(lián)混合APF仿真框圖復合控制是同時檢測負載諧波電流和電網(wǎng)諧波電流的一種控制方式。在這種控制方式中，指令電流信號主要來自負載電流，在它的作用下，可對負載中的諧波電流進行較好的補償。而檢測到的電網(wǎng)諧波電流的作用主要是抑制無源濾波器和電網(wǎng)阻抗之間的諧振。電源電流閉環(huán)不承擔補償諧波電流的主要任務，因此，放大倍數(shù)Ks不需要很大，這樣可使系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。利用Matlab 對此進行仿真研究，系統(tǒng)框圖如圖5所示，仿真模型如圖6 。圖6 仿真模型6、對并聯(lián)混合型有源濾波器的認識并聯(lián)型混合有源濾波作為一種新興的濾波技術，相比于以前單一的無源和有源濾波技術有著不可比擬的優(yōu)點，基于解決單一濾波方式的缺點和不足，混合濾波技術應運而生；在此基礎上，并聯(lián)混合濾波