有源电力滤波器相关问题探讨

有源电力滤波器相关问题探讨
摘要有源电力滤波器作为治理谐波最有效的手段之一,其研究和应用越来越受到人们的重视。

本文主要分析了谐波电流检测方法和补偿电流控制方法,对于降低电力谐波危害具有一定帮助。

关键词电力谐波治理;有源电力滤波器;谐波电流检测;补偿电流控制
有源电力滤波器(英文名称Active Power Filter ,简写APF)。

有源电力滤波器,顾名思义是借助外部电源进行动态抑制谐波、补偿无功的一种新型电力装置设备。

这种设备需要提供外部电源,在应用上可以克服传统的LC等滤波器造成的谐波抑制和无功补偿方法的带来的单位固定补偿,基本上实现了动态跟踪补偿。

电力谐波严重危害电能的供给和使用,它一方面使供电系统的供电效率下降,威胁电力系统自身的安全运行;另一方面,又会影响电力系统的供电质量,使电力用户电能的使用受到限制甚至烧毁用电设备。

在现实应用中,如何做到加强对有源电力滤波器及其相关技术研究,特别是在应用上的提升换档,对提高有源滤波装置性能,更好应用于生产实际需要,尽量发挥其在电力谐波治理的的作用,对生产一线和科研一线的工作提出了更多的要求。

1 工作原理
有源电力滤波器的工作是通过电流互感器检测负载电流,并通过内部DSP计算,提取出负载电流中的谐波成分,然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等,方向相反的谐波电流注入到电网中,达到滤波的目的。

2 谐波电流检测方法
过去谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的,由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。

近年来,产生谐波的设备类型及数量均已剧增,并将继续增长。

所以,我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响,以及如何将不良影响减少到最小。

有源电力滤波器,性能好坏以及是否适用于生产,在很大程度上取决于该设备所所采用的谐波电流检测方法。

基于此,对检测方法的好坏,直接关系到该设备能否实时、准确。

有源电力滤波器(APF)的关键技术之一,是检测非线性负载电流中的谐波及无功电流。

理论上讲,瞬时功率理论是最适合有源电力滤波器对谐波进行实时检测的方法。

目前,我国基本上采用“基波电流分量-被检测电流=谐波电流分量”的方式,通过低通滤波器滤波(LPF)方式得出基波电流分量。

现实生产应用中,也有不少同行采用了另一种方法,即直接通过高通滤波器(HPF)来分析检测,得到谐波电流分量,从而大大简化了检测的程序,也降低了对检测装置的要求。

下面进行简单分析:
一是采用带通(带阻)滤波器检测法。

就是采用50Hz带通(带阻)滤波器把被测电流中的50Hz基波分量分离出来,通过模拟带通(带阻)滤波器分离出被测信号中的基波分量。

这种方法的做点是可以很快得到谐波电流,但缺点是不能同时分离出无功电流。

二是通过快速傅里叶变换法(FFT)。

这是离散傅里叶变换的一种快速算法,能克服时间域与频率域之间相互转换的计算障碍,在光谱、大气波谱分析、数字信号处理等方面有广泛应用。

采用该方法换算时,通常需要2次FFT变换,故在时间上有延时。

与此同时,如果电压发生畸变,也可能带来非同步采样误差,并且可能造成误差较大,这种方法对高次谐波的检测精度影响大。

三是采用小波变换法。

小波变换作为一种新兴的理论,在信号处理方法中,由于小波变换具有良好时频特性,即时效一致性较好,故能迅速的捕捉并精确定位奇异点。

但通过小波变换,来实现实时的谐波电流精确目前还有一定的困难。

四是自适应电流检测法。

自适应电路检测法是一种有前景的新方法。

本方法在于该系统是由信号预处理部分、参考正交信号产生部分、计算机软件的自适应滤波部分以及计算机分析和显示部分构成。

优点是对信号中产生的无法补偿的延时和相移予以补偿,提高了检测系统的动态响应特性和精度;提出的了改进型自适应滤波算法,克服了传统的自适应检测方法存在着的固有局限性;系统可检测出基波的有功和无功分量,便于APF的无功电流补偿;采用锁相环产生参考电压的方法,可将电压信号的采样干扰降到最低,并产生正弦波形的参考电压;在积分器前串接低通滤波器的方法,提高了系统检测精度和动态响应特性。

缺点是软件硬件的实现比较困难,目前尚未大规模应用于生产实践。

另外,基于瞬时无功功率理论的电流检测法等方法各有优、缺点,也应用于不同的领域,这里不再一一叙述。

3 补偿电流控制方法
当有源电力滤波器的主电路及控制对象确定以后,补偿电流的控制方法将成为决定其性能和效率的关键。

一是三角载波调制电流控制。

这种控制的方法是相对而言最简单的方法。

其原理是通过与高频三角载波比较检测环节的电流实际值与参考值之间的偏差,将所得矩形脉冲作为控制信号,进而在变流器的输出端获得所需的电压和电流波形。

二是滞环比较电流控制。

这种方法是将补偿电流值的差值输入到比较器,通过输出的信号来控制功率元件的闭合,从而实现跟踪补偿电流参考值。

三是无差拍电流控制。

这种方法是基于电流滞环比较控制技术发展起来的全数字化控制技术,是比较新型的衫和技术。

优点是对电流变化的反应过程能够实现快速响应,缺点就是计算量大,而且对系统参数的设计、参考值等方面依赖性较大,一旦参数不合理,将有可能导致其他错误。

4 结论
随着数字信号处理器的发展,有源电力滤波器系统中谐波检测模块和控制部分逐步由模拟走向数字化,以更好地满足系统实时性要求,改善系统补偿性能。

参考文献
[1]李红雨,卓放,雷万钧,等.多重化大功率有源电力滤波器的控制系统研究[J].电工电能新技术,2004,23(1):25-28.。