電網(wǎng)中有源濾波器無功補(bǔ)償技術(shù)研究

1、謝德茂一、應(yīng)用背景二、LC調(diào)諧濾波器三、有源濾波器電力系統(tǒng)作為另一種“環(huán)境”，也同樣面臨著污染問題“污染源”：諧波、無功功率電網(wǎng)非線性負(fù)載諧波晶閘管整流設(shè)備，如開關(guān)電源變頻設(shè)備，如水泵、電梯等電弧爐、電石爐氣體放電類電光源，如熒光燈家用電器，如變頻空調(diào)（1）諧波使設(shè)備產(chǎn)生附加諧波損耗，降低配電設(shè)備及用電設(shè)備的效率（2）諧波會(huì)影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波引起過電壓、過電流使變壓器嚴(yán)重過熱；使電容器、電纜過熱，絕緣老化，壽命縮短（3）諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)局部諧波放大，甚至并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振（4）諧波導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作和拒動(dòng)作1、對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)，使其不產(chǎn)生諧波2、補(bǔ)償傳統(tǒng)方

2、法：LC調(diào)諧濾波器（無源濾波器）新方法：有源濾波器(Active Power Filter，APF）無功的產(chǎn)生：非線性元件的使用，電流與電壓存在相角。 Q=UIsinQ表示了有能力交換而并不消耗能量Q表示了這種能力交換的幅度無功的危害：導(dǎo)致電源（電網(wǎng)）效率降低，電網(wǎng)供電能力下降，增加損耗。如不采取措施補(bǔ)償無功，可能導(dǎo)致電網(wǎng)故障。如大停電補(bǔ)償技術(shù)：同步調(diào)相機(jī)，并聯(lián)電容器，靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC)，靜止無功發(fā)生器（SVG）工作原理：利用電容、電感、電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波。基本濾波電路（1）電容濾波（2）C-R-C濾波（3）L-C電感濾波（4）C-L-C濾波優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)

3、簡單、成本低廉、運(yùn)行成本可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用減低缺點(diǎn)：（1）受系統(tǒng)影響，存在諧波放大和共振的危險(xiǎn)（2）頻率影響，諧振點(diǎn)偏移，效果降低（3）負(fù)載影響，可能因超載而損壞工作原理：利用可控的半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅度相等、方向相反的電流，使電源總諧波電流為零特點(diǎn)：1）不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變、補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)，在性價(jià)比上較為合理；2）濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)3）具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波，即具有高可控性和快速響應(yīng)等特點(diǎn)按逆變器直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同并聯(lián)型設(shè)當(dāng)電源Us單獨(dú)作用時(shí)希望APF產(chǎn)生的電流 ，讓APF產(chǎn)生的諧波電流抵

4、消諧波電流。shsfSLSiiiii,其中，isf是基波電流，ish是諧波電流shCii APF可以等效為一個(gè)受諧波電流控制的電流源實(shí)現(xiàn)此類APF的核心問題：產(chǎn)生諧波電流方法： 直接檢測(cè)出諧波電流和無功大小ic，這類方法實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜 直接檢測(cè)出基波或有功電流iS，以及負(fù)載電流iL，根據(jù)疊加定理求出補(bǔ)償電流主要適用場合主要適用于電流源型非線性負(fù)載的諧波電流抵消、無功補(bǔ)償以及平衡三相系統(tǒng)中的不平衡電流等優(yōu)點(diǎn)：既可以濾波，也可以進(jìn)行無功補(bǔ)償。缺點(diǎn)：檢測(cè)受電源側(cè)線路阻抗與電源阻抗影響。APF可以等效為一個(gè)受控電壓源，uAF=K*ish其中is是電源電流，usf是基波電壓，ush是諧波電壓Isf是基波電流

5、，ish是諧波電流圖5 串聯(lián)型APF等效電路圖shsfSiii主要使用于電壓源型非線性負(fù)載，它是通過一個(gè)匹配變壓器將有源濾波器串接于電源和負(fù)載之間，以此消除電壓諧波，平衡或調(diào)整負(fù)載端電壓優(yōu)點(diǎn)：既可以濾波，又可當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器使用缺點(diǎn)：補(bǔ)償范圍受限。主要受串聯(lián)在電路中的變壓器影響分析方法與前兩種方法類似，此類APF兼有串、并聯(lián)型的優(yōu)點(diǎn)，又把兩者各自缺點(diǎn)給彌補(bǔ)了，可以解決絕大多數(shù)電能質(zhì)量問題，被稱為萬能APF，但是造價(jià)昂貴。APF具有高度可控制和快速響應(yīng)特性，并且可以實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償各次諧波、自動(dòng)產(chǎn)生所需變化的無功功率，因而已成為電力諧波抑制和無功補(bǔ)償?shù)闹匾侄?。隨著我國對(duì)電網(wǎng)諧波污染治理日益重視，“綠色

6、電力電子”的呼聲越來越高，電力有源濾波器必然會(huì)得到廣泛的推廣應(yīng)用，給我國電力工業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)于并聯(lián)型APF，電源側(cè)有由上式可見，電源側(cè)為基波電流，高次諧波已經(jīng)被慮除。當(dāng)補(bǔ)償電源的輸出電流為則電源側(cè)電流為可見，此時(shí)補(bǔ)償電源既可以濾波，又可以實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。11sin2tIiiiCLStItkIikkkCcossin2sin2112tIiiiCLScoscos211電力系統(tǒng)中諧波和無功電流的檢測(cè)方法主要分為頻域和時(shí)域兩大類。頻域檢測(cè)方法主要有兩種：三相電流快速傅里葉分解以求得補(bǔ)償分類 直接使用帶通濾波器等設(shè)備檢測(cè)各補(bǔ)償分量。時(shí)域檢測(cè)方法有多種：目前使用最多的是基于瞬時(shí)無功功率理論的電流檢測(cè)法，根據(jù)瞬時(shí)無功功率理論，通過