有源电力滤波器参考文献

重庆科技学院学生毕业设计（论文）

文献综述

题目有源电力滤波器技术

院（系）电子信息学院

专业班级自普本05

学生姓名金涛学号2005441140 指导教师（签字）

有源滤波技术文献综述

摘要:

随着各种功率器件的广泛应用，大量的谐波和无功电流注入电网，引起电网污染，造成电网电能质量问题日益严重但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变。过去，国内外大量采用无源滤波装置来进行谐波抑制和无功补偿，提高功率因数。但无源滤波装置也存在着自身无法克服的不足和缺陷，有源电力滤波器由于具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，因而受到广泛的重视，成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点。

关键词：有源电力滤波器逆变器

1 引言

随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域，近年来配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉等非线性负荷不断增加，这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用特性，使电网中暂态冲击、无功功率、高次谐波及三相不平衡问题日趋严重，对公用电网的供电质量造成了严重影响，因此，消除电网中的谐波污染已成为电能质量研究中的一个重要课题。

有源电力滤波器(APF)是一种消除电网谐波的有效装置，具有高度可控和快速响应的特性，它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。其滤波特性不受系统阻抗的影响，同时还具有自我适应功能，可自动跟踪补偿变化的谐波。

有源滤波技术现状

有源电力滤波器的基本工作原理是由HSasaki和HMachida于1971年首先提出的[1]。他们首次提出了有源滤波器的原始结构模型，并建立了有源滤波器的基本理论。他们提出的有源电力滤波器向电网注入一个与负载谐波电流

幅值相等、相位相反的电流，从而抵消了电网中的谐波电流。但由于当时是采用线性放大的方法产生小补偿电流，其损耗大，成本高，因而仅在实验室研究，未能在工业中实用。1976年，LGyugyi和ECStyaula提出了用PWM逆变器构成的有源电力滤波器[2]。这些采用PWM逆变器构成的有源电力滤波电路现已成为有源电力滤波器的基本结构。20世纪80年代，随着电力电子技术和PWM控制技术的发展，对有源电力滤波器的研究逐渐活跃起来，成为电力电子技术领域的研究热点之一。1983年赤木泰文等人提出的“三相电路瞬时无功功率理论”[3]极大的推动了有源电力滤波器的发展及其工

程应用。

在国外，有源电力滤波器已开始在工业和民用设备上得到广泛使用，并且谐波补偿的次数逐步提高，有的可以高达25次谐波；单机装置的容量逐步提高。如在日本和美国，应用领域可以接受的APF的容量已增加到50MVA，其应用领域从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的

方向发展。

我国在有源电力滤波器的应用研究方面，继日本、美国、德国等之后，得到学术界和企业界的充分重视，并投入了大量的人力和物力，到目前为止，国内对有源电力滤波器的研究基本上都局限于仿真研究和小型试验装置，工程实践应用仅仅也只是小功率的应用[4,5]，而正式投入电网运行的几乎为零[6]

总的来说，国内有源电力滤波器的应用技术和电子工业发达的国家相比有一定的差距。最早的有源电力滤波器是单独使用的并联型有源电力滤波器，经过多年的发展，为了尽量发挥有源电力滤波器的特长，提高其性能并尽量降低其容量，结合无源电力滤波器的特点发展成了串联混合型有源电力滤波器、并联混合型有源电力滤波器等等，为了适应不同的补偿对象，发展了各种各样的有源滤波器形式。

根据有源滤波器和电网的连接方式，APF可以分为并联型和串联型两大类。1986年Akagi H.提出了并联型APF单独使用方式[3]，它是最早期的有源滤波装置。

图1.1 单独使用的并联型APF

这种方式的主电路结构简单，但由于逆变器直接承受基

波电压，所以其成本高且不适合高电压系统的补偿。为降低成本、减小逆变器的容量和适应高电压的要求，人们利用PF 的成本低的优点，提出了各种APF与PF混合使用方式。1987年Takeda M.等人提出用并联型APF和并联PF相结合的混合型APF[7]。

图1.2 并联型APF＋并联PF的HAPF

该方式利用无源部分滤除了大部分的谐波，所以其有源部分的谐波容量较小，且PF能够提供一定的无功功率，但逆变器仍然直接承受了基波电压，所以功率开关器件的耐压等级并没有降低。1990年Fujita H.等人提出将APF与PF相串联后与电网并联的混合型方案[8]。

图1.3 APF与PF串联后并联接入电网的HAPF

这种方式利用无源部分承受了大部分的基波电压，所以逆变器承受的基波电压小，适合于高电压系统的应用。但由

于流过无源部分的基波电流都流入逆变器，所以不能利用PF 提供大容量的无功功率。利用无源元件LC的串、并联谐振特性，人们提出了注入式APF的结构[9,10]。将LC对基波串联谐振电路作为有源部分的注入电路，能够大大降低APF承受的基波电压和容量，且可以利用无源元件提供无功功率，但其谐波容量相对较大，而且所能提供的无功容量有限。随着电力电子技术的发展，全控型功率开关器件（如可关断晶闸管GTO和绝缘栅双极性晶体管IGBT）的电压和电流额定值不断提高，成本不断降低，人们从双或多逆变器的方向提出了各种APF的拓扑结构，来满足工业应用的要求。1994年，Akagi H.等提出一种将串联型APF和并联型APF进行混合的方式，也称为统一电能质量调节器（Unified Power Quality Conditioner，UPQC）[11]。

图1.4 并联型APF＋串联型APF的HAPF

这种方式从理论上讲，可以抑制电压闪变、电压波动、不对称和谐波，但由于采用了双逆变器，所以存在控制复杂和成本高的缺点。

上述描述了并联型APF的发展现状，有源滤波器还有另外一大类——串联型APF,图1.5为典型的串连APF拓扑结构