【文章內(nèi)容簡介】 22 有源電力濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成分類下面根據(jù) APF 與負載連接的拓撲結(jié)構(gòu)的分類方式對有源電力濾波器的基本原理作簡單的介紹。并聯(lián)型 APF 主要用于感性電流源型負載的諧波補償，目前技術(shù)上已相當(dāng)成熟，投入運行的 APF 多為此方案。而對于串聯(lián)型 APF 來說，通過變壓器串聯(lián)在電源與負載間，可等效為一受控電壓源，主要用于消除帶電容的二極管整流第二章 諧波及有源電力濾波器10電路等電壓諧波源負載對系統(tǒng)的影響。此外，還有串并聯(lián)型 APF，其兼有串、并聯(lián)型 APF 的功能，具有較高性價比。值得關(guān)注的是并聯(lián)型 APF 與 LC 并聯(lián)結(jié)構(gòu)，這是有源電力濾波器中最基本的形式，也是目前應(yīng)用最多的一種。 有 源 電 力 濾 波 器 的 發(fā) 展 趨 勢作為改善和提高電能質(zhì)量的主要措施之一，有源電力濾波器技術(shù)近年來取得了大的發(fā)展。具體表現(xiàn)在電能質(zhì)量問題得到了政府和相關(guān)部門的高度重視；功率開器件的性價比也在逐步提升；隨著新一代 DSP 的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)的成本只占很小一部分等等。關(guān)于有源電力濾波器技術(shù)的研究目前主要集中在以下幾個方面：(1)諧波處理理論的進一步研究；(2) 進一步降低補償裝置相對于負載 (諧波源)裝置的容量；(3)控制系統(tǒng)的進一步簡化；(4) 補償裝置的多功能化。我國在有源電力濾波器的研究方面起步較晚，進入 90 年代，國內(nèi)的多所高校和研究機構(gòu)才加入到了有源濾波器的研究中來，當(dāng)時的工作主要以理論研究和實驗為主。但在對國外研究成果進行消化吸收的基礎(chǔ)上，我國的有源濾波器的理論研究己經(jīng)達到或者接近國際先進水平。但總的來說，由于受各種條件限制，我國有源電力濾波器的實際應(yīng)用水平不高，范圍不大。所以目前的主要發(fā)展方向是加快有源電力濾波器的產(chǎn)品化。 有源電力濾波器的諧波電流檢測技術(shù)及其發(fā)展有源電力濾波器技術(shù)包含著三個關(guān)鍵技術(shù)，即功率器件制造技術(shù)、諧波電流檢測技術(shù)和電流控制技術(shù)。三大技術(shù)的發(fā)展決定著 APF 技術(shù)的發(fā)展。下面我們就來看一下最基本的集中檢測的方法。 (1)用模擬帶通濾波器檢測的方法。該方法使用模擬濾波器來實現(xiàn)諧波電流檢測。該檢測法的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，造價低，輸出阻抗低，品質(zhì)因素易于控制由于濾波器中心頻率固定，當(dāng)電網(wǎng)頻率波動時，濾波效果會大大下降。這種方法多用于補償效果要求不高的第二章 諧波及有源電力濾波器11場合，它不能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需要。(2)基于 Fryze 功率定義的檢測方法其原理是將負載電流分解為與電壓波形一致的分量，將其余分量作為廣義無功電流 (包括諧波電流)。它的缺點是：因為 Fryze 功率定義是建立在平均功率基礎(chǔ)上的，所以要求得瞬時有功電流需要進行一個周期的積分，再加其它運算電路，要有幾個周期延時。因此，用這種方法求得的 “瞬時有功電流”實際是幾個周期前的電流值。這對有源電力濾波器控制是一個難以接受的缺陷。(3)基于頻域分析的 FFT 檢測法該方法的基礎(chǔ)是傅立葉級數(shù)分析，將檢測到的畸變電流 (或電壓)進行傅立葉變換但這種方法也不能同時分離出無功電流和諧波電流。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生變換，分解為高次諧波代數(shù)和的形式，再將其合成為總的補償電流。此方法的優(yōu)點是檢測精度較高，缺點是需要一定時間的電流值，計算量大，需花費較多的計算時間。 (4)基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測法1983 年，日本學(xué)者赤木泰文等人提出了瞬時無功功率理論，利用此理論，先檢測出三相電壓與負載電流并變換到 坐標(biāo)系下，再計算出畸變電流的瞬0??時有功功率和瞬無功功率，濾去基波分量后得到高次諧波瞬時有功功率和瞬時無功功率，然后從中取出補償電流，最后將它們變換到 坐標(biāo)下即得到了所abc需補償?shù)闹C波電流。此方法是目前 APF 中應(yīng)用最廣泛的一種檢測方法，其優(yōu)點是能快速跟蹤補償電流，進行適時補償，系統(tǒng)頻率特性不變，即使高次諧波增加，系統(tǒng)也不會過載，且不受電網(wǎng)參數(shù)和負載變化的影響；缺點是成本高，系統(tǒng)損耗大。 (5)基于小波變換理論的諧波電流檢測法。第二章 諧波及有源電力濾波器12由于小波分析克服了傅立葉分析在頻域完全局部化而在時域完全無局部性的缺點，即它在頻域和時域同時具有局部性，因此人們將小波變換理論應(yīng)用到諧波檢測。然而，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波和模糊控制的算法雖然適用，但是這些算法過于復(fù)雜，不容易得到推廣使用。所以目前使用較多的是基于瞬時無功理論的電流檢測方法。第三章 無功功率理論13第 三 章 無 功 功 率 理 論 平均功率理論傳統(tǒng)的平均功率理論建立在單相交流系統(tǒng)的基波正弦電壓和基波正弦電流信號的基礎(chǔ)上。設(shè)電網(wǎng)電壓為： (31)wtVtVms sin2in?負載電流為： (32)??sinco2csin2)()(i tItIll lml ??則系統(tǒng)吸收的瞬時功率定義為： (33)lsivp將式（31 ）和式（32 ）代入式（33）中可以得到： (34)wtQtPtVIVIll 2sinco2sin)1(?????其中 定義為系統(tǒng)吸收的平均功率：_ (35)?cos10lTVIdtp??P 定義為系統(tǒng)的有功功率： (36)?coslVIP?Q 定義為系統(tǒng)的無功功率： (37)inlQS 定義為系統(tǒng)的視在功率： (38)lIS?2定義為系統(tǒng)的功率因數(shù)： ?cos SP/cos??第三章 無功功率理論14(39)式（32 ）中與 P 對應(yīng)的電流分量定義為有功電流分量： (310)wtIlsinco2ilp??與 Q 對應(yīng)的電流分量定義為無功電流分量： (311)tIillqcsi αβ0 坐標(biāo)系下瞬時無功理論該理論突破了傳統(tǒng)的以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時無功功率、瞬時有功功率等瞬時功率量。以該理論為基礎(chǔ)，可以得出實用的有源濾波器的諧波和無功電流的實時檢測方法。變換是由電機雙反應(yīng)原理衍變的變換，其變換后的參考坐標(biāo)仍置于電??機定子側(cè)，abc 三相正弦電流經(jīng) 變換后，在 兩相繞組上呈現(xiàn)為兩相交流???電。變換的公式為：? (312) ?????????????????????????????????cbacbaeeiii 230132230132????記 ??????230132c在圖 32 所示的 平面上，相量 ， 和 ， 分別可以合成為（旋???e??i?轉(zhuǎn)）電壓相量 e 和電流相量 i：第三章 無功功率理論15 （3ee??????13） （3iii?14）式中，e ， i 分別為相量 e， i 的模， ， 分別為相量 e， i 的幅角。e?i定義 1： 三相電路瞬時有功電流 和瞬時無功電流 分別定義為相量 i 在piq相量 e 及其法線上的投影，即 （3?cosip?15） （3inq16）式中， 。 平面中的 和 ，如圖 32 所示。ie?????piq eβ BC q(Q)αA?epqi?pi??i?ii.圖32 坐標(biāo)中的電壓和電流相量定義 2： 三相電路瞬時無功功率 q（瞬時有功功率 p）為電壓相量 e 的模和三相電路瞬時無功電流 (三相電路瞬時有功電流 )的乘積，即qi i （3pe?第三章 無功功率理論1617） （3qei?18）把式（315 ），式（316 ）及 代入式（317）、式（318）中，ie???并寫成矩陣形式得出： （3??????????????????????????iCieqppq19）式中 ????????eCpq將式（312 ）代入上式，可以得出 p,q 對于三相電壓、電流的表達式： （3cbaiie??20） （3????????cbabcacb ieieiq???3121）由式（320 ）可知，三相電路的瞬時有功功率就是三相電路的瞬時功率。定義 3： 相的瞬時無功電流 ， （瞬時有功電流 ， ）分別??qi??pi??為三相電路瞬時無功電流 （瞬時有功電流 ）在 軸上的投影，即qip? （3eeipp 2cos???????22） （3eieipp 2sn????23） （3qeieiqq2sn????????第三章 無功功率理論1724） （3qeieiqq 2cos?????????25）圖 32 中給出了 ， ， ， 。qi??pi?從定義 3 可以得到以下性質(zhì)：（1） （322ppii????26） （322qqii?27）（2） （3??iiqp??28） （3??iip29）上述性質(zhì)（1）（2）是由 軸和 軸正交而產(chǎn)生的。??也可以把某一相的瞬時有功電流和瞬時無功電流分別為該相瞬時電流的有功分量和無功分量。定義 4： ， 相的瞬時無功功率 ， （瞬時有功功率 ， ）分???q??p?別為該相瞬時電壓和瞬時無功電流（瞬時有功電流）的乘積，即 （3peiepp2?????30） （3eiep2???31）第三章 無功功率理論18 （3qeieqq2?????32） （3eieq2????33）從定義 4 可以得到以下性質(zhì)：（1） （3p????34）（2） （30?q35）定義 5： 三相電路各相的無功電流 ， ， （瞬時有功電流 ，aqibcqiapi， ）是 ， 兩相瞬時無功電流 ， （瞬時有功電流 ， ）通過兩bpic??qi??p?i?相到三相變換所得到的結(jié)果，即 （3?????????????pcpbapiCii??2336） （3?????????????qcqbaqiCii??2337）式中， 。T32將式（322 ～325 ）代入式（336）、式（337 ）中，得到 （3Apeiap3?第三章 無功功率理論1938） （3Apeibp3?39） （3eicp40） （3Aqeicbaq)(3??41） （3eiacbq)(42）