有源電力濾波器(apf)(已修改)
2025-07-01 13:34 本頁面
【正文】 有源電力濾波器（APF）引言諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對于電力系統(tǒng)運(yùn)行是一種“污染”，它們降低了系統(tǒng)電壓正弦波形的質(zhì)量，不但嚴(yán)重地影響電力系統(tǒng)自身，而且還危及用戶和周圍的通信系統(tǒng)。近半個世紀(jì)以來，隨著電力電子設(shè)備的推廣應(yīng)用，非線性負(fù)荷的迅速增加(例如電氣機(jī)車、工業(yè)電爐等的應(yīng)用)，特別是高壓直流輸電的運(yùn)用，諧波污染問題日趨嚴(yán)重，并因此受到人們普遍的關(guān)注和重視。減小諧波影響的技術(shù)措施可以從兩方面入手：一是從諧波源出發(fā)，減少諧波的產(chǎn)生；二是安裝濾波裝置。常見的濾波器包括無源濾波器、有源濾波器以及混合濾波器。無源濾波器（PF:Passive Filter）也稱為LC濾波器，是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的濾波裝置。無源濾波器的工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長的歷史，其設(shè)計(jì)方法穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單，但其濾波效果依賴于系統(tǒng)阻抗特性，并容易受溫度漂移、網(wǎng)絡(luò)上諧波污染程度、濾波電容老化及非線性負(fù)荷的影響。此外，無源濾波器僅能對特定的諧波進(jìn)行有效地衰減，而出于經(jīng)濟(jì)和占地面積方面的考慮，濾波器個數(shù)均是有限的，所以對諧波含量豐富的場合，無源濾波器的濾波效果往往不夠理想。與無源濾波器對應(yīng)的是有源濾波器（APF:Active Power Filter）。有源電力濾波器采用開關(guān)變換器消除諧波電流，克服了無源濾波器的缺點(diǎn)。有源電力濾波器有著無源濾波器無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，因此越來越受到人們的關(guān)注。文中描述了通過向交流電源注入三次諧波電流以減少電源中的諧波，改善電源電流波形的新方法。文中所述的方法認(rèn)為是有源濾波器思想的誕生。，確定了主電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法，從原理上闡明了有源電力濾波器是一理想的諧波電流發(fā)生器，并討論了實(shí)現(xiàn)方法和相應(yīng)的控制原理，奠定了有源電力濾波器的基礎(chǔ)。然而，在20世紀(jì)70年代由于缺少大功率可關(guān)斷器件，有源電力濾波器除了少數(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究外，幾乎沒有任何進(jìn)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，新型半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，PWM技術(shù)的發(fā)展，“三相電路瞬時無功功率理論”，以該理論為基礎(chǔ)的諧波和無功電流檢測方法在三相有源電力濾波器中得到了成功的應(yīng)用，極大促進(jìn)了有源電力濾波器的發(fā)展。與無源濾波器相比，有源濾波器是一種主動型的補(bǔ)償裝置，具有較好的動態(tài)性能。有源電力濾波器是近年來電力電子領(lǐng)域的熱門話題。目前，有源濾波技術(shù)已在日本、美國等少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到應(yīng)用，有工業(yè)裝置投入運(yùn)行，；國內(nèi)對有源電力濾波器的研究尚處于起步階段。有源電力濾波器的基本思想如圖所示在圖中，諧波源一般是非線性負(fù)載，如整流器等，產(chǎn)生諧波電流，供電系統(tǒng)一般為被保護(hù)對象；有源濾波器表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流大小相等方向相反的補(bǔ)償電流來達(dá)到消除諧波的目的。從不同的觀點(diǎn)出發(fā)，有源電力濾波器具有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)。（1）根據(jù)接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器可以分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和串并聯(lián)型三大類。每一種類型的有源電力濾波器結(jié)構(gòu)不同，因其工作原理、特性各不相同。串聯(lián)型有源濾波器經(jīng)耦合變壓器串接入電力系統(tǒng)，如圖2所示，其可等效為一個受控電壓源，主要是消除電壓型諧波以及系統(tǒng)側(cè)電壓諧波與電壓波動對敏感負(fù)載的影響。串聯(lián)型有源電力濾波器應(yīng)用在直流系統(tǒng)中時，耦合變壓器的系統(tǒng)接入側(cè)很容易出現(xiàn)直流磁飽和問題，所以只在交流系統(tǒng)中采用。與并聯(lián)型有源電力濾波器相比，由于串聯(lián)型有源電力濾波器中流過的是正常負(fù)荷電流，因此損耗較大；此外，串聯(lián)型有源電力濾波器的投切、故障后的退出及各種保護(hù)也較并聯(lián)型有源電力濾波器復(fù)雜。目前單獨(dú)使用串聯(lián)有源電力濾波器的例子較少，研究多集中在其與LC無源濾波器所構(gòu)成的串聯(lián)混合型有源電力濾波器上。并聯(lián)型有源電力濾波器與系統(tǒng)并聯(lián)等效為一個受控電流源，如圖3所示。有源濾波器向系統(tǒng)注入與諧波電流大小相
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