有源電力濾波器原理及優(yōu)缺點簡析

時間：2022-02-14作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：2660

諧波抑制和無功補償傳統(tǒng)的方法是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，技術(shù)成熟，成本低(Passive Filter,縮寫為PF)。但缺點是只能過濾特定的次諧波，過載能力小，對系統(tǒng)阻抗和頻率變化適應(yīng)性差，穩(wěn)定性差，損耗大。

但由于無源濾波器的特性受系統(tǒng)參數(shù)的影響較大，只能消除幾個特定的諧波，過載能力小，對系統(tǒng)阻抗和頻率變化的適應(yīng)性差，穩(wěn)定性差，人們逐漸將濾波器的研究方向轉(zhuǎn)向有源濾波器(Active PowerFliter，縮寫為APF)。

作為一種新型的諧波處理技術(shù)，有源電力濾波器是消除諧波污染、提高電能質(zhì)量的有效工具。與傳統(tǒng)的無源濾波器相比，有源電力濾波器具有諧波補償、抑制閃變、自動跟蹤補償變化等技術(shù)優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。

工作原理

有源電力濾波器的基本原理是實時檢測電網(wǎng)諧波和補償對象的電壓和電流，通過指令電流計算單元計算補償電流指令信號，使用可控電力電子設(shè)備產(chǎn)生相同大小和相反的補償電流，注入電網(wǎng)和負載中的諧波電流，使電源中的電流只包含基波，終消除電源電流中的諧波；同時，有源濾波器發(fā)出基波無功電流進行無功補償。

從理論上講，有源電力濾波器可以產(chǎn)生任何波形電流。圖1顯示了有源濾波器的結(jié)構(gòu)框圖[2]。與傳統(tǒng)的無源濾波器一樣，有源電力濾波器也為諧波電流或諧波電壓提供了一個串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在諧振頻率處等效地將其引導(dǎo)為無大的并聯(lián)網(wǎng)或等效阻抗。

圖1 有源濾波器的組成結(jié)構(gòu)

根據(jù)接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器可分為并聯(lián)式和串聯(lián)式。由于工作原理和特點不同，各類有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)不同。

并聯(lián)有源濾波器

圖2是單使用的并聯(lián)有源濾波系統(tǒng)的組成拓撲。它是有源濾波器中基本的形式。它可以產(chǎn)生與負載諧波大小相等、方向相反的補償電流，從而將電源側(cè)電流補償為正弦波。并聯(lián)有源濾波器主要適用于電流源非線性負載諧波電流抵消、無功補償和三相平衡系統(tǒng)中的不平衡電流。

它也是工業(yè)上投入多的方案，但由于電源電壓直接添加到逆變橋上，對開關(guān)元件的耐壓電壓等級要求較高；當(dāng)負載諧波電流含量APF補償容量大，補償頻帶寬，使APF成本增加，經(jīng)濟性價比下降，并聯(lián)有源濾波不適合補償電壓諧波源。

圖2 并聯(lián)有源濾波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

串聯(lián)有源濾波器

串聯(lián)型APF如圖3所示。APF耦合變壓器串聯(lián)到電力系統(tǒng)中，可等效為受控電壓源。主要優(yōu)點是補償電網(wǎng)諧波電壓和三相不平衡電壓，消除電壓諧波源負載對系統(tǒng)的影響，以及系統(tǒng)側(cè)電壓諧波和電壓波動對敏感負載的影響。

但串聯(lián)有源濾波器損耗大，各種保護電路復(fù)雜；直流系統(tǒng)采用串聯(lián)有源電力濾波器時，耦合變壓器系統(tǒng)接入側(cè)*出現(xiàn)直流磁飽和問題，僅用于交流系統(tǒng)。

圖3 串聯(lián)有源濾波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

有源濾波器能有效過濾電網(wǎng)中的2～諧波50次，反應(yīng)時間小于1毫秒，是目前有效的濾波技術(shù)。然而，有源電力濾波器具有容量大、成本高的缺點，在廣泛使用中有限。


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