有源电力滤波器技术的发展与电能质量的提高.pdfVIP

上海磅帛实业发展有限公司 中国 上海 长阳路 235 号申茂大厦 1701-1702 电话：86-21 传真：86-21 有源电力滤波器技术的发展与电能质量的提高 1 引言 在输电系统和配电网中，大量非线性负荷的使用，使电网存在电压闪变、波动、频漂、三相不平衡、 谐波等影响电能质量和效率的问题，尤其是以开关电源和交流调速设备为代表的各种电力电子装置的大量 使用，对其他用户产生扰动，威胁电网和用电设备的安全运行，使得电力系统中无功功率和谐波补偿成为 迫切需要解决的问题。 以往，这一方面的问题主要是靠使用无源滤波器装置来解决。传统的无源 LC 滤波器可以减少谐波， 使用的电容器可以改善交流负载的功率因数，但存在明显的不足与缺陷：设计的无源滤波器通常选定特定 频率，滤除指定次谐波；存在与电网发生谐振的可能性；对电网阻抗和频率变化十分敏感，同时，也存在 体积大、损耗大等问题。 如何进一步提高电能质量，有效地抑制电网中的谐波和无功功率，这一问题已引起广泛的关注。许多 专家和学者一直在研究和开发动态可调装置来解决电能质量的问题，其中具有代表意义的是有源电力滤波 器。从目前国外的情况来看，利用有源电力滤波器进行谐波和无功补偿以提高电能质量的技术是今后的一 个发展趋势。 2 有源电力滤波器技求的发展历史 20 世纪 70 年代初，有源电力滤波器的基本原理和电路结构就已确定，但由于受当时的技术条件限制 而未能得以实施。80 年代后，新型电力电子器件的出现、PWM 控制技术的发展以及瞬时无功功率理论的 提出，极大地促进了有源电力滤波器技术的发展。交流电网中用于对谐波、无功功率和中线电流进行补偿 的有源电力滤波器技术已经日趋成熟。在过去的25 年中，提出了大量的有关有源电力滤波器的拓扑结构和 控制方法。有源电力滤波器已在提高电能质量、消除三相电力系统中的电压谐波、调节终端电压、抑制电 压波动和改善电压平衡等技术中得到应用。 电力电子装置的广泛应用，使电能质量问题变得更加突出。国内外已有大量的有关电能质量问题的调 查报告关注这方面的问题。在这些报告中，通过对谐波和无功的测量、分析，来认识谐波和无功等电能质 量问题对电网和用户的影响。按照用电设备的使用场合，谐波源有单相、三相三线和三相四线等多种形式。 单相负载，如家用日光灯、微波炉、电视、计算机开关电源、空调、激光打印机和复印机等等，均是非线 性负载；在三相负载中，各种变频调速装置等都会引起电能质量问题的发生。 自 1980 年起，已有大量论著论述了有源电力滤波器的研究工作，其中包括并联型、串联型及混合型。 与无源滤波器混合使用的串联型、并联型有源电力滤波器是其中的典型装置。许多控制方法，如瞬时无功 功率理论，同步 d －q 坐标系原理，同步检测方法和陷波滤波器方法等都被用来发展三相有源电力滤波器。 在三相四线制系统中，一些论著主要研究了由非线性不平衡负载，如计算机电源、荧光灯等引起的中 线电流过大的问题。对各种解决中线电流和不平衡负载电流的方法也作了尝试，主要内容包括：消除或减 少中线电流、谐波补偿、负载平衡、无功功率补偿等。 3 有源是为滤波器的结构与类型 上海磅帛实业发展有限公司 中国 上海 长阳路 235 号申茂大厦 1701-1702 电话：86-21 传真：86-21 有源电力滤波器可以按照所使用的变流器类型、拓扑结构和电源相数来进行分类。交流器类型分为 CSI( 电流型）和VSI （电压型）结构；拓扑结构分为并联型、串联型和串、并联混合型；第三类是根据电 源相数来分，则单相、三相三线或三相四线等。 3.1 根据使用的变流器类型分类 有源电力滤波器的主电路有两种类型的交流器即电流型 PWM 逆变电路和电压型 PWM 逆变电路。它 的作用是产生