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浅谈有源滤波器控制技术 目 录 摘要： 3 一、无源和有源滤波技术 3 二、有源滤波器（APF）的工作特性 4 （一）并联APF： 4 （二）串联APF： 4 （三）混合有源/无源滤波器： 4 三、APF的控制 4 （一）APF补偿电流的检测 4 （二）补偿电流的产生方法 5 四、APF的应用及其发展趋势 6 参 考 文 献 6 摘要：近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路以及各种电力电子设备不断增加。这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对供电质量造成严重污染。另一方面，现代工业、商业及居民用户的用电设备对电能质量更加敏感，对供电质量提出了更高的要求。仅依靠过去无源滤波技术治理谐波已不能满足要求，研究和开发适应这一要求的新技术已成为近年来电力系统研究领域中的新热点。对此，国外提出了“用户电力技术 ”(Custom Power)的新概念，即利用电力电子控制器来提高配电网供电可靠性及电能质量。由于谐波是影响电能质量的最主要因素，因此有源滤波——利用电力电子控制器来抑制谐波也是Custom Power技术实施的主要手段之一，利用有源滤波这一新技术对配电网进行综合电能质量补偿必将会带来显著的经济效益。本文首先对无源滤波技术和有源滤波技术的优缺点进行比较，接着对有源滤波技术的原理、应用及其发展趋势做了详细介绍。采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措施。通常采用由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的无源滤波装置进行滤波。由于无源滤波具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。由于无源滤波器是通过在系统中为谐波提供一并联低阻通路，以起到滤波作用，其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定的，因而存在以下缺点：滤波特性受系统参数的影响较大；只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用；滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调；谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载；有效材料消耗多，体积大。由于无源滤波具有以上缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。早在70年代初期，日本学者就提出了有源滤波器（active power filter，缩写为APF）的概念，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugi提出利用大功率晶体管组成的PWM逆变器构成的APF消除电网谐波。由于受到当时功率半导体器件水平的限制，APF的研制一直处在试验研究阶段。进入80年代以后，随着电力电子技术的飞速发展，大功率可关断器件（GTR，GTO，IGBT等）的不断进步，以及对非正弦条件下无功功率补偿理论的深入研究，特别是瞬时无功理论的提出，为APF的实用化提供了必要的条件，使之在工业上得到了广泛的应用。与无源滤波器相比，APF具有高度可控性和快速响应性，其具体特点如下：不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。尽管APF有着无源滤波器所不具备的巨大技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤波器相比较，APF的成本较高，这一点是限制APF推广使用的关键。随着电力电子工业的发展，器件的性价比将不断提高，APF必然会得到广泛应用。有源滤波器主电路有两种基本形式：电压型和电流型，它们的主要区别在于前者的直流侧采用电容而后者采用电感作为储能元件。其中电压型主电路运行效率较高，在实际应用中较多。两种主电路的工作原理和控制方法基本相同。最常见的APF为并联APF系统结构。APF通过检测负载电流，产生与负载谐波电流大小相等、相位相反的谐波电流注入电网，从而抵消负载谐波电流，使电源侧电流接近正弦波。因此，并联型APF可以看成是一个谐波电流发生器，相当于一个受控电流源与负荷并联。由于滤波器是和负载并联的，所以流过它们的电流只是谐波电流和基波无功电流部分。串联APF：串联APF通过一个耦合变压器连接到电网中，通过检测电源电压，产生与电源谐波电压大小相等、相位相反的谐波电压，从而使负载端电压接近正弦波。串联型APF相当于受控电压源，以电压源的方式补偿电网中存在的暂态或稳态电压畸变。由于此时作为储能元件电感始终承受了很高的电流，本身消耗很大，所以在一般应用于中小功率的系统。混合有源/无源滤波器：由于受变流器使用的开关器件功率和频率的限制，近年来，在有源功率调节应用提出了很多不同的混合滤波器，这样可以综合两者的优势，又弥